实验四 电压源与电流源的等效变换
一、实验目的
1.掌握电压源与电流源外特性的测试方法。
2.验证电压源与电流源等效变换的条件。
二、原理说明
1.能向外电路输送定值电压的装置被称为电压源。理想电压源的内阻为零，其输出电压值与流过它的电流的大小和方向无关，即不随负载电流而变；流过它的电流是由定值电压和外电路共同决定的。它的外特性即伏安特性U＝f(I)是一条平行于I轴的直线。而具有一定内阻值的非理想电压源，其端电压不再如理想电压源一样总是恒定值了，而是随负载电流的增加而有所下降。
一个质量高的直流稳压电源，具有很小的内阻，故在一定的电流范围内，可将它视为一个理想的电压源。
非理想电压源的电路模型是由理想电压源Us和内阻Rs串联构成的，如图4-1所示，其输出电压
U＝Us—I Rs
2.能向外电路输送定值电流的装置被称为电流源。理想电流源的内阻为无穷大，其输出电流与其端电压无关，即不随负载电压而变；电流源两端的电压值是由定值电流Is和外电路共同决定的。它的伏安特性I＝f(U)是一条平行于U轴的直线。对于非理想的电流源，因其内阻值不是无穷大，输出电流不再是恒定值，而是随负载端电压的增加有所下降。一个质量高的恒流源其内阻值做得很大，在一定的电压范围内，可将它视为一个理想的电流源。
非理想电流源的电路模型是由理想电流源Is和内阻Rs 并联构成的，如图4-2 所示，其输出电流
I=
3.一个实际的电源，就其外部特性而言，即可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源Us与一个电阻Ro相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is与一电导g
o相并联的给合来表示，若
它们向同样大小的负载提供同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。
一个非理想电压源与一个非理想电流源等效变换的条件为
Is ＝Us / Ro， go＝1 / Ro
或 Us ＝Is / go， Ro＝1 / go
三、实验设备
四、实验内容与步骤
1.测定直流稳压电源（理想）与非理想电压源的外特性
(1)按图4-1接线，令内阻Rs=0，直流稳压电源Es作为理想电压源，调Us=6V，改变负载电阻RL，令其阻值由大至小变化，将电压表和电流表的读数记入表4-1中。
(2)按图4-1接线，选51Ω电阻器作为内阻Rs与直流稳压电源Es串联接入电路，模拟一个实际的电压源，调节负载电阻RL由大至小变化，读取电压表和电流表的数据，并记入表4-1中。
表4-1电压源的外特性
2.测定电流源的外特性
按图4-2接线，Is为直流恒流源，调节其输出为5mA，令Rs分别为1KΩ和∞，调节可变电阻箱RL(从0至5000Ω)，测出这两种情况下的电压表和电流表的读数，并记入表4-2中。
表4-2 电流源的外特性
3.测定电源等效变换的条件
图4-3 电源等效变换
按图4-3线路接线，首先读取7-3(a)线路两表的读数，然后调节7-3(b)线路中恒流源Is（取R’s＝Rs），令两表的读数与7-3(a)时的数值相等，记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。
表4-3电源等效变换
五、实验注意事项
1.在测电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，改变负载电阻时，不可使电压源短路。
2.在测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，改变负载电阻时，不可使电流源开路。
3.换接线路时，必须关闭电源开关。
4.直流仪表的接入应注意极性与量程。
六、预习思考题
1.直流稳压电源的输出端为什么不允许短路?直流恒流源的输出端为什么不允许开路?
2.电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？
七、实验报告
1.根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、归纳各类电源的特性。
2.从实验结果，验证电源等效变换的条件。
3.本次实验的收获与体会。
第二篇：实验三 电压源与电流源的等效变化
实验三 电压源与电流源的等效变化
一、 实验目的
1. 掌握电源外特性的测试方法。
2. 验证电压源与电流源等效变化的条件。
二、 原理说明
1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内电阻。故在实用中，常将它视为理想电压源，即其输出电压不随负载电流而变。其外特性曲线，即伏安特性曲线是一条平行于I轴的直线。
2. 一个理想的电流源，其输出电流不随负载电阻而变，其外特性曲线，即伏安特性曲线是一条平行于U轴的直线。
3. 一个实际的电源，就其外特性而言，其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。实验中，用一个电阻与电压源串联（与电流源并联）来模拟一个实际的电源。
4. 一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，可以用一个理想电压源与一个电阻串联的组合来表示；若视为电流源，则可以用一个理想电流源与一个电阻相并联的组合来表示。如果这两种电源能向同样大小的负载提供同样大小的电流和电压，则称这两个电源是等效的，即具有同样的外特性。
一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：
内阻大小不变，串、并联互换；电激流
和电动势
之间关系，根据欧姆定律确定。
三、 实验设备
直流稳压电源 直流恒流源 电阻 直流电流表 直流电压表 万用表
四、 实验内容
1. 测定理想电压源和实际电压源的外特性
（1） 按图1连接电路。调节电位器令其阻值由小到大变化，记录电压表、电流表的读数。
（2） 按图2连接电路。调节电位器令其阻值由小到大变化，记录电压表、电流表的读数。
2. 测定电流源的外特性
按图3连接电路。调节直流恒流源输出电流10mA令内阻分别为1K和无穷大（即接入和断开），调节电位器，测出这两种情况下的电压表和电流表读数。自拟数据表格，记录实验数据。
3. 测定电源等效变换的条件
先按图4连接电路，记录电压表和电流表的读数。然后按图5接线，调节恒流源的大小，使电压表和电流表的读数与图4时的数值相等，记录电激流的值，验证等效变换条件的正确性。
五、 实验注意事项
1. 在测电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，注意负载不要短路。测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，注意负载不要开路。
2. 直流仪表的接入，注意极性与量程。
六、 预习思考题
1. 通常稳压电源的输出端不允许短路，恒流源不允许的输出端不允许开路，为什么？
2. 电压源和电流源的外特性为什么呈下降趋势？
七、 实验报告
1. 实验电路（请补画电压表和电流表）
图1 图2
图3 图4 图5
2. 实验数据
表1 稳压源输出特性数据
表2 电压源输出特性数据
3. 各类电源外特性曲线、电源等效变换的条件
