实验一电压源与电流源的等效变换

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换的条件。

二、原理说明

1．  一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻，故在实用中，常将它视为一个理想电压源，即输出电压不随负载电流而变，其外特性，即伏安特性是一条平行于轴的直线；同理，一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。

2．  一个实际的电压源（或电流源），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，故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大阻值的电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来模拟一个实际的电压源（或电流源）的情况。

3．  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，则可以用一个理想电压源与一个电阻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与一个电阻相并联的组合来表示。若它们向同样大小的负载提供出同样大小的电流和端电压，则这两个电源针对外电路而言是等效的，即具有相同的外特性。

一个电压源与一个电流源等效变换的条件为或如图1-1所示：

图1-1 电压源与电流源的等效变换条件

三、实验设备

1．  电源：恒压源、恒流源

2．  负载：可调变阻器、定值电阻若干（EEL-23组件）

3．  测量仪表：直流电压表、直流毫安表

四、实验步骤

1．  测定理想电压源与实际电压源外特性

（1）       理想电压源（恒压源）（0-20V/0-200mA）

按图1-2接线，为＋6V的恒压源，调节变阻器令其阻值由大到小变化，记录电压表及电流表两表读数填入表1-1：

表1-1 理想电压源特性数据表格

图1-2  测定理想电压源的外特性                   图1-3  测定实际电压源的外特性

（2）       实际电压源（恒压源串联一内阻）（0-20V/0-200mA）

按图1-3接线，虚线框可模拟为一个实际电压源，调节变阻器，令其阻值由大到小变化，读两表数据并填入表1-2：

表1-1 实际电压源特性数据表格

2．测定理想电流源与实际电流源外特性(0-20V/0-20mA)

理想电流源（恒流源）和实际电流源（恒流源并联一内阻）

按图1-4接线，为直流恒流源，调节其输出为5mA，令阻值分别等于和，调节变阻器，测出这两种情况下的电压表及电流表读数。填入表1-3和1-4。

图1-4  测定电流源外特性

表1-3 理想电流源特性数据表格

表1-4 实际电流源特性数据表格

3．验证电压源与电流源等效变换的条件(0-20V/0-200mA)

按图1-5接线，首先读取（a）图线路两表读数，然后按（b）图接线，调节（b）图中恒流源输出的电流值，令两表读数与（a）图时的数值相等，记录值，验证等效变换条件的正确性。

 

（a）测电压源外特性                     （b）测电流源外特性

图1-5  电源的等效变换

五、实验注意事项

1．按图接线时，应先接串联，再接并联线路；

2．通电前，应将滑线变阻器置于阻值最大处，电压源电流源输出调节旋钮应置于0位；

3．针对每一个实验电路图，正确选择仪表量程档；

4．直流仪表的接入应注意极性；

5．恒压源输出端不允许短路；

6．换接线路时，必须关闭电源开关，严禁带电操作。

7．注意数据的正确采集方法。

六、实验报告

1．根据实验中测得的四个表格，分别绘出理想电压源、实际电压源、理想电流源、实际电流源的V-I特性图，并总结归纳特性。

2．为什么恒压源输出端不允许短路？

3．  电压源与电流源外特性为什么呈下降变化趋势？恒压源与恒流源输出在任何负载下是否保持恒定值？

4．  根据实验结果总结等效变换的条件。

第二篇：实验三电压源与电流源的等效变换

实验三　电压源与电流源的等效变换

  

    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换的条件

    二、原理说明

　　1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻， 故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变，其外特性，即其伏安特性U＝f(I)是一条平行于I轴的直线。

　　一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载的改变而变。

    图3-1为理想电压源、理想电流源电路图。

       

图 3-1

    2. 一个实际的电压源(或电流源)，其端电压(或输出电流）不可能不随负载而变，因为它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻(或大电阻)与理想电压源(或理想电流源)相串联(或并联)来摸拟一个电压源(或电流源)的情况。

    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E_S与一个电阻R₀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I_S与一电导g₀相并联的给合来表示，若它们向同样大小的负载供出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。

　　一个电压源与一个电流源等效变换的条件为

        I_S=,          g_O=

  　或

　　　　E_S=,          R_O=

    如图6-1所示。

     三、实验设备

   四、实验内容

   1. 测定电压源的外特性

   (1) 按图3-2接线，Es为＋6V直流稳压电源，视为理想电压源，R₂为可调电阻箱，调节R_L阻值，记录电压表和电流表读数。

        

图 3-2                            图 3-3

   

   (2) 按图3-3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节R₂阻值，记录两表读数。

   

　　2. 测定电流源的外特性

    按图3-4接线，I_S为直流恒流源，视为理想电流源，调节其输出为5mA，令R₀分别为1KΩ和∞，调节R_L阻值，记录这两种情况下的电压表和电流表的读数。

                       

图3-4

R₀＝1KΩ

R₀＝∞

   3. 测定电源等效变换的条件

   按图3-5线路接线，首先读取3-5(a)线路两表的读数，然后调节3-5(b)线路中恒流源I_S（取R'₀＝R₀），令两表的读数与3- 5(a)的数值相等，记录I_S之值，验证等效变换条件的正确性。

     

(a)                             (b)

图 3-5

五、实验注意事项

　　1. 在测试电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值； 在改变负载时，不容许负载短路。测试电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值；在改变负载时，不容许负载开路。

    2. 换接线路时，必须关闭电源开关。

3. 直流仪表的接入应注意极性与量程。

六、实验预习要求：

1．复习电压源与电流源的特性；

2．复习电压源与电流源相互转换的条件。

    七、思考题

　　1.  分析理想电压源和电压源（理想电流源和电流源）输出端发生短路（开路）情况时，对电源的影响。

2. 电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势， 理想电压源和理想电流源的输出在任何负载下是否保持恒值？

    八、实验报告

　　1. 根据实验数据绘出电源的四条外特性，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. 心得体会及其他。