圖1. ADALM1000原理圖。

 

現在我們開始下一個實驗。

 

目標

 

本實驗活動的目的是通過獲得給定電路的戴維寧等效電壓(V_TH)和戴維寧等效電阻(R_TH)來驗證戴維寧定理，然後驗證最大功率傳輸定理。

 

背景知識

 

利用戴維寧定理可以將一個複雜電路簡化為由一個電壓源(V_TH)與一個電阻(R_TH)和負載電阻(R_L)串聯組成的等效電路。創建戴維寧等效電路之後，很容易確定負載電壓V_L或負載電流I_L。

 

戴(dai)維(wei)寧(ning)定(ding)理(li)的(de)主(zhu)要(yao)用(yong)途(tu)之(zhi)一(yi)是(shi)用(yong)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)等(deng)效(xiao)電(dian)路(lu)替(ti)換(huan)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)很(hen)大(da)一(yi)部(bu)分(fen)，通(tong)常(chang)是(shi)較(jiao)複(fu)雜(za)且(qie)意(yi)義(yi)不(bu)大(da)的(de)部(bu)分(fen)。相(xiang)比(bi)於(yu)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)原(yuan)始(shi)電(dian)路(lu)
，利(li)用(yong)新(xin)的(de)更(geng)簡(jian)單(dan)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)計(ji)算(suan)出(chu)輸(shu)送(song)給(gei)負(fu)載(zai)的(de)電(dian)壓(ya)、電流和功率。該定理還有助於選擇負載（電阻）的最佳值以實現最大功率傳輸。

 

圖2. 圖1的戴維寧等效電路。

 

最大功率傳輸定理是指
，一個獨立電壓源與一個電阻R_S串聯
，或一個獨立電流源與一個電阻R_S並聯，當負載電阻R_L = R_S時
，輸送給R_L的功率最大。

 

就戴維寧等效電路而言，當負載電阻R_L等於電路的戴維寧等效電阻R_TH時，輸送給R_L的功率最大。

 

圖3. 最大功率傳輸。

 

材料

 

●    ADALM1000 硬件模塊

●    各種電阻（100 Ω
、330 Ω
、470 Ω、1 kΩ 和1.5 kΩ）

 

程序

 

1. 驗證戴維寧定理：

 

a. 利用下列元件值構建圖2 所示電路：

 

●    R₁ = 330 Ω

●    R₂ = 470 Ω

●    R₃ = 470 Ω

●    R₄ = 330 Ω

●    R₅ = 1 kΩ

●    R_L = 1.5 kΩ

●    R_S = 5 V

 

b. 使用ALM1000 電壓表工具精確測量負載電阻兩端的電壓V_L。使用電壓表工具，將通道CA 連接到V_L 的正端，將通道CB連接到負端。V_L 將是CA 電壓與CB 電壓之差。該值稍後將與您使用戴維寧等效電路得出的值進行比較。

 

c. 測出V_TH：移除負載電阻R_L，測量端子上的開路電壓V_OC。使用電壓表工具
，將通道CA 連接到V_OC的正端，將通道CB 連接到負端。V_OC將是CA 電壓與CB 電壓之差。它等於V_TH。參見圖4。

 

圖4. 測量戴維寧電壓。

 

d. 測出R_TH：移除電源電壓V_S 並構建圖5 所示電路。使用ALM1000 歐姆表工具測量原先R_L所在開口處的電阻。這就是R_TH。使用歐姆表進行測量之前
，確保沒有電源施加到電路上
，並且接地連接已按照圖示移動。

 

圖5. 測量戴維寧電阻R_TH。

 

e. 獲得V_TH 和R_TH 之後，構建圖2 所示電路。利用零件箱中電阻的串聯和/ 或並聯組合得到R_TH 的值。使用儀表源工具，連接通道CA 以提供V_TH源，並將該值設置為步驟c 中測量的V_TH值。

 

圖6. 戴維寧等效結構。

 

f. R_L 設置為步驟b 中使用的1.5kΩ，測量等效電路的V_L
，並將其與步驟b 中獲得的V_L 進行比較，由此驗證戴維寧定理。

 

g. 可選步驟：設置R_L = 2.2kΩ，重複步驟1b 至步驟1f。

 

2. 驗證最大功率傳輸定理：

 

利用下列值構建圖7 所示電路：

 

●    V_S = 5 V

●    R₁ = R2 = 470 Ω

●    R₃ = 1 kΩ

●    R_L = 1 kΩ 和100 Ω 電阻的組合（圖8）

 

圖7. 驗證最大功率定理的電路。

 

b. 使用電壓表工具
，將通道CA 連接到V_L 的正端，將通道CB連接到R_L 的負端。V_L 將是CA 電壓與CB 電壓之差。

 

c. 為找到傳輸最大功率的R_L 值，構建1 kΩ 和100 Ω 的串/ 並聯組合，以100 Ω 步進將負載電阻R_L 從500 Ω 改變到1400 Ω，如圖8 所示。對於每個R_L 值，記下V_L。

 

圖8. R_L配置。

 

d. 使用PL = V_L^²/R_L 計算每個負載電阻值對應的功率。然後在測量結果之間進行插值，以計算對應於最大功率(PL-max) 的負載電阻值。該值應等於圖7 中電路的R_TH（相對於負載端子）。

 

問題

 

1. 對圖2 電路使用分壓，計算V_L。將其與測量值進行比較。解釋為何存在差異。

2. 計算傳輸到圖3 電路所獲得的負載R_L的最大功率。

 

您可以在學子專區博客上找到問題答案。

 

注釋

 

與所有ALM實驗室一樣，當涉及與ALM1000連接器的連接和配置硬件時
，我們使用以下術語。綠色陰影矩形表示與ADALM1000模擬I/O連接器的連接。模擬I/O通道引腳被稱為CA和CB。當配置為驅動電壓/測量電流時，添加-V，例如CA-V；當配置為驅動電流/測量電壓時，添加-I
，例如CA-I。當通道配置為高阻態模式以僅測量電壓時，添加-H，例如CA-H。

 

示波器跡線同樣按照通道和電壓/電流來指稱，例如：CA-V和CB-V指電壓波形

，CA-I和CB-I指電流波形。

 

對於本文示例
，我們使用的是ALICE 1.1版軟件。

 

文件：alice-desktop-1.1-setup.zip。請點擊此處下載。

 

ALICE桌麵軟件提供如下功能：

 

●    雙通道示波器，用於時域顯示和電壓/ 電流波形分析。

●    雙通道任意波形發生器(AWG) 控製。

●    X 和Y 顯示
，用於繪製捕捉的電壓/ 電流與電壓/ 電流數據，以及電壓波形直方圖。

●    雙通道頻譜分析儀，用於頻域顯示和電壓波形分析。

●    波特圖繪圖儀和內置掃描發生器的網絡分析儀。

●    阻抗分析儀，用於分析複雜RLC 網絡
，以及用作RLC 儀和矢量電壓表。

●    一個直流歐姆表相對於已知外部電阻或已知內部50 Ω 電阻測量未知電阻。

●    使用ADALP2000 模擬器件套件中的AD584 精密2.5 V 基準電壓源進行電路板自校準。

●    ALICE M1K 電壓表。

●    ALICE M1K 表源。

●    ALICE M1K 桌麵工具。

 

注：需要將ADALM1000連接到您的PC才能使用該軟件。

 

 

免責聲明：本文為轉載文章
，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

 

推薦閱讀：