第二篇：实验3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．通过实验加深对电流源及其外特性的认识；
2．掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。
二、实验原理
1．电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以产生电流提供给外电路。电流源可分为理想电流源和实际电流源(实际电流源通常简称电流源)，理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与其端电压的无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定，而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4—1所示。
实际电流源当其端电压增加时，通过外电路的电流并非恒定值而是要减小。端电压越高，电流下降得越多；反之，端电压越低通过外电路的电流越大，当端电压为零时，流过外电路的电流最大，为IS。实际电流源可以用一个理想电流源IS和一个内阻RS相并联的电路模型表示。实际电流源的电路模型及伏安特性如图4—2所示。
2．理想电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U ＝ f (I) 是一条平行于I轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个理想电压源。
实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源（简称电压源）可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。
3．电源的等效变换：
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，也可以看成是一个电流源。原理证明如下：设有一个电压源和一个电流源分别与相同阻值的外电阻R相接，如图4－3所示。对于电压源来说，电阻R两端的电压U和流过R的电流I间的关系可表示为：
或 
对于电流源电路来说，电阻R两端的电压U和流过它的电流I间的关系可以表示如下：
或 
如果两种电源的参数满足以下关系：
RS=RS'
(4－1)
(4－2)
则电压源电路的两个表达式可以写成:
=
I=
或 =
可见表达式与电流源电路的表达式是完全相同的，也就是说在满足（4－1）式和（4－2）式的条件下，两种电源对外电路电阻R是完全等效的。两种电源互相替换对外电路将不发生任何影响。
（4－1）式和（4－2）式为电源等效互换的条件，利用它可以很方便地把一个参数为US和RS的电压源变换为一个参数为
和 RS 的等效电流源；反之，也可以很容易的把一个电流源转化成一个等效的电压源。
三、实验设备
1．直流稳压电源（双路恒压源0～30V可调） 一台；
2．电流源（恒流源0～200mA可调）一台；
3．直流电压表一只；
4．直流电流表一只；
5．EEL－51N单元板一块；
6．低压导线若干。
四、实验内容及步骤
1. 测试理想电流源的伏安特性
此实验在EEL－51N单元板上进行。按图4－4接好电路。
图中IS由恒流源提供，调节电位器使输出电流为8mA，按表4－1中的数值从小到大依次调节电阻R的值（R为×100Ω/2W的十进制电阻箱），用直流电压表测量R两端的电压，用直流电流表测量流过R的电流，将数据填入表4－1中。
表4－1 理想电流源的伏安特性
2. 测试实际电流源的伏安特性
调节电流源输出电流为8mA，按图4－5连接电路， 
为200Ω/8Ｗ的电阻，R为×100Ω/2W的十进制电阻箱，。
改变R的阻值，将测量数据填入表4－2中数值，记录相对应的I值填入表中。
表４－2 实际电流源的伏安特性
3．电流源与电压源的等效变换
根据电源等效变换的条件，图4—5所示电流源，可以变换成一个电压源，其参数为：
=200Ω，
，则
V
等效电路如图4－6所示，按图4－6连接电路。其中US由恒压源提供(要用实验用电压表测量)， RS为200Ω/8Ｗ的电阻，R为×100Ω/2W的十进制电阻箱， 调节R为表4－3中数值，记录相对应的电压和电流值，填入表4－3中。
表 4－3
五、实验注意事项
1．在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路（U＝0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20V，负载更不可开路。
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、实验报告要求
1．根据表4－1，表4－2，表4－3中的实验数据，在同一坐标系里绘制理想电流源，实际电流源以及电压源的伏安特性曲线。
2．比较两种电源等效变换后的结果，说明电压源与电流源能否进行等效变换。
3．思考题：电压源和电流源等效变换条件是什么?