Thévenin等效电路和最大功率传输
在 2017年12月的模拟对话文章中介绍smu adalm1000后，我们希望继续使用adalm1000系列的第三部分进行一些小型基本测量。您可以在此处找到第一篇adalm1000文章。
图1. adalm1000的原理图。
现在让我们开始下一个实验。
目的
本实验活动的目的是通过获得给定电路的thévenin等效电压（v th）和thévenin等效电阻（r th）来验证thévenin定理，然后验证最大功率传递定理。
背景
thévenin定理是一个过程，通过该过程，复杂电路被简化为等效电路，该电路由单个电压源（v th）与单个电阻（r th）和负载电阻（r l）串联组成。在创建thévenin等效电路之后，可以容易地确定负载电压v l或负载电流i l.
thévenin定理的一个主要用途是用一个简单的等价物来代替电路的大部分，通常是一个更复杂和无趣的部分。与更复杂的原始电路能够输送到负载相比，新的更简单的电路能够快速计算电压，电流和功率。该定理还有助于选择负载（电阻）的最佳值以实现最大功率传输。
图2.图1中的thévenin等效电路。
的最大功率传输定理指出，在一系列独立的电压源与电阻，r 小号，或并联的独立的电流源与电阻r 小号递送的最大功率给负载电阻，r 大号，当r 大号 = r 小号。
就thévenin等效电路而言，当r l等于电路的thévenin等效电阻r th时，最大功率被传递到负载电阻r l.
图3.最大功率传输。
物料
adalm1000硬件模块各种电阻（100ω，330ω，470ω，1kω和1.5kω）
程序
验证thévenin定理：
使用以下组件值构建图2的电路：
r 1 =330ωr 2 =470ωr 3 =470ωr 4 =330ωr 5 =1kωr l =1.5kωr s = 5 v.
使用alm1000电压表工具精确测量负载电阻两端的电压v l. 通过将通道ca连接到v l的正节点并将通道cb连接到负节点来使用电压表工具。v l将是ca伏特和cb伏特之间的差异。稍后将使用thévenin等效值将该值与您将找到的值进行比较。
找到v th：消除负载电阻r l，并测量端子上的开路电压v oc。通过将通道ca连接到v oc的正节点并将通道cb连接到负节点来使用电压表工具。v oc将是ca伏特和cb伏特之间的差异。这等于v th。见图4。
图4.测量thévenin电压。
找到r th：去掉电源电压v s并构建电路，如图5所示。使用alm1000欧姆表工具测量rl所在开口处的电阻。这给了r th。在使用欧姆表进行测量之前，确保电路没有通电，并且接地连接已如图所示移动。
图5.测量thévenin电阻，rth。
获得v th和r th，构建图2的电路。使用器件套件中的串联和/或并联电阻组合创建r th的值。使用仪表源工具，连接v th源的通道ca ，并将值设置为步骤c中为v th测量的值。
图6.thévenin等效结构。
其中r 大号设置为在步骤b中所用的1.5千欧，测量在v 大号的等效电路，并将其与在v 大号在步骤b中获得的。这验证了thévenin定理。
可选：重复步骤1b至步骤1f，r l =2.2kω。
验证最大功率传输定理：
使用以下值构建如图7所示的电路：
v s = 5 v.r 1 = r 2 =470ωr 3 =1kωr l =1kω和100ω电阻的组合（图8）
图7.最大功率定理的电路。
通过将通道ca连接到v l的正节点并将通道cb连接到r l上的负节点，使用电压表工具。v l将是ca伏特和cb伏特之间的差异。
要找到的r值大号针对最大功率被传递，通过构造为1kω的和串联/并联组合100ω对于r改变负载电阻大号在100个ω步骤，500ω之间至1400ω如图8。对于r的每个值大号，写倒v 大号。
图8. rl配置。
使用p l = v l 2 / r l计算每个负载电阻值的功率。然后，在您的测量之间进行插值，以计算与最大功率（p l -max）对应的负载电阻值。该值应等于图7中电路相对于负载端子的r th。
问题
使用分压为图2的电路中，计算v. 大号。将其与测量值进行比较。解释任何差异。计算传输到图3电路的负载r l的最大功率。您可以在studentzone博客上找到答案。
笔记
与所有alm实验室一样，在引用与alm1000连接器的连接和配置硬件时，我们使用以下术语。绿色阴影矩形表示与adalm1000模拟i / o连接器的连接。模拟i / o通道引脚称为ca和cb。当配置为强制电压/测量电流时，添加-v（如在ca-v中）或当配置为强制电流/测量电压时，添加-i（如在ca-1中）。当通道配置为高阻抗模式以仅测量电压时，添加-h（如在ca-h中）。
对于电压波形，范围迹线类似地通过通道和电压/电流（例如ca-v和cb-v）以及针对电流波形的ca-1和cb-i来引用。
我们在这里使用alice rev 1.1软件作为这些示例。
文件：alice-desktop-1.1-setup.zip。请在这里下载。
alice桌面软件提供以下功能：
2通道示波器，用于时域显示和电压和电流波形分析。2通道任意波形发生器（awg）控制。x和y显示用于绘制捕获的电压和电流与电压和电流数据，以及电压波形直方图。2通道频谱分析仪，用于频域显示和电压波形分析。bode绘图仪和网络分析仪，内置扫频发生器。用于分析复杂rlc网络的阻抗分析仪，以及用作rlc仪表和矢量电压表的阻抗分析仪。直流欧姆表测量相对于已知外部电阻或已知内部50ω的未知电阻。使用adalp2000模拟部件套件中的ad584精密2.5 v基准电压源进行电路板自校准。alice m1k电压表。alice m1k仪表源。alice m1k桌面工具。有关更多信息，请查看此处。
注意：您需要将adalm1000连接到pc才能使用该软件。
作者 ：antoniu miclaus
antoniu miclaus [antoniu.miclaus@analog.com]是adi公司的系统应用工程师，负责adi学术课程，以及来自lab®和qa过程管理的circuits的嵌入式软件。他于2017年2月在罗马尼亚的cluj-napoca开始在adi公司工作。
他目前是理学硕士。他是babes-bolyai大学软件工程硕士课程的学生，他有一个b.eng。在克卢日纳波卡技术大学的电子和电信领域。
道格默瑟
doug mercer于1977年获得伦斯勒理工学院（rpi）的电子工程学士学位。自1977年加入adi公司以来，他直接或间接为30多种数据转换器产品做出了贡献，并拥有13项专利。他于1995年被任命为adi研究员。2009年，他从全职工作转型，并继续在adi咨询，担任积极学习计划的荣誉退休人员。2016年，他在rpi的ecse部门被任命为驻地工程师。
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背景
thévenin定理是一个过程，通过该过程，复杂电路被简化为等效电路，该电路由单个电压源（v th）与单个电阻（r th）和负载电阻（r l）串联组成。在创建thévenin等效电路之后，可以容易地确定负载电压v l或负载电流i l.
thévenin定理的一个主要用途是用一个简单的等价物来代替电路的大部分，通常是一个更复杂和无趣的部分。与更复杂的原始电路能够输送到负载相比，新的更简单的电路能够快速计算电压，电流和功率。该定理还有助于选择负载（电阻）的最佳值以实现最大功率传输。
图2.图1中的thévenin等效电路。
的最大功率传输定理指出，在一系列独立的电压源与电阻，r 小号，或并联的独立的电流源与电阻r 小号递送的最大功率给负载电阻，r 大号，当r 大号 = r 小号。
就thévenin等效电路而言，当r l等于电路的thévenin等效电阻r th时，最大功率被传递到负载电阻r l.
图3.最大功率传输。
物料
adalm1000硬件模块各种电阻（100ω，330ω，470ω，1kω和1.5kω）
程序
验证thévenin定理：
使用以下组件值构建图2的电路：
r 1 =330ωr 2 =470ωr 3 =470ωr 4 =330ωr 5 =1kωr l =1.5kωr s = 5 v.
使用alm1000电压表工具精确测量负载电阻两端的电压v l. 通过将通道ca连接到v l的正节点并将通道cb连接到负节点来使用电压表工具。v l将是ca伏特和cb伏特之间的差异。稍后将使用thévenin等效值将该值与您将找到的值进行比较。
找到v th：消除负载电阻r l，并测量端子上的开路电压v oc。通过将通道ca连接到v oc的正节点并将通道cb连接到负节点来使用电压表工具。v oc将是ca伏特和cb伏特之间的差异。这等于v th。见图4。
图4.测量thévenin电压。
找到r th：去掉电源电压v s并构建电路，如图5所示。使用alm1000欧姆表工具测量rl所在开口处的电阻。这给了r th。在使用欧姆表进行测量之前，确保电路没有通电，并且接地连接已如图所示移动。
图5.测量thévenin电阻，rth。
获得v th和r th，构建图2的电路。使用器件套件中的串联和/或并联电阻组合创建r th的值。使用仪表源工具，连接v th源的通道ca ，并将值设置为步骤c中为v th测量的值。
图6.thévenin等效结构。
其中r 大号设置为在步骤b中所用的1.5千欧，测量在v 大号的等效电路，并将其与在v 大号在步骤b中获得的。这验证了thévenin定理。
可选：重复步骤1b至步骤1f，r l =2.2kω。
验证最大功率传输定理：
使用以下值构建如图7所示的电路：
v s = 5 v.r 1 = r 2 =470ωr 3 =1kωr l =1kω和100ω电阻的组合（图8）
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通过将通道ca连接到v l的正节点并将通道cb连接到r l上的负节点，使用电压表工具。v l将是ca伏特和cb伏特之间的差异。
要找到的r值大号针对最大功率被传递，通过构造为1kω的和串联/并联组合100ω对于r改变负载电阻大号在100个ω步骤，500ω之间至1400ω如图8。对于r的每个值大号，写倒v 大号。
图8. rl配置。
使用p l = v l 2 / r l计算每个负载电阻值的功率。然后，在您的测量之间进行插值，以计算与最大功率（p l -max）对应的负载电阻值。该值应等于图7中电路相对于负载端子的r th。
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