实验四 电压源与电流源的等效变换

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=

L

R Rs Is

Rs .

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

图4-1 电压源的电路模型 图4-2电流源的电路模型

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， g o＝1 / Ro

或 Us ＝Is / g o， Ro＝1 / g o

序号名称型号与规格数量备注

1可调直流稳压电源0-30V1RTDG-1

2可调直流恒流源0-500mA1RTDG-1

3直流数字电压表1RTT01

4直流数字毫安表1RTT01

5万用表MF-301另备

6电阻器51Ω,1kΩ,200Ω各 1RTDG-08

7可调电阻箱0-99999.9Ω1RTDG-08

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R L，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R L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。

负载

内阻

R L（Ω）∞200015001000800500300200

Rs=0U(v) I(Ma)

Rs=51ΩU’(v) I’(mA)

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R L(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

负载

内阻

R L（Ω）0200400600800100020005000

R s=1KΩI’(Ma) U’(v)

Rs=∞I(mA) U(v)

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。

实际电压源实际电流源

R s(Ω)R L(Ω)U(V)I(mA)Us(V)R’s(

Ω)

R’L

(Ω)

I’(mA

)

U’(V)Is(

Ω)

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。

如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！

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