(参考资料)电压源与电流源等效变换实验
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实验一 电压源、电流源特性研究
1
实验目的
1．掌握建立电源模型的方法； 2．掌握电源外特性的测试方法； 3. 了解电压源电流源及其伏安特性。 4．加深对电压源和电流源特性的理解； 5．研究电源模型等效变换的条件。
预习要求
预习电源模型的有关章节，熟练掌握实际电压源与电流源的互换方法。
2
• 一、电压源
•
• • • • <1>它的电压是定值。
实验原理
理想电压源具有两个基本性质：
<2> 流过理想电压源的电流不是由电压源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。 理想的电压源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电压源。 实际的电源可以用一个理想电压源和一个小电阻串联的模型来表示． 当电压源中有电 流流过时,必然在内阻上产生电压降,因此，实际电压源的端电压U可表示为：
12
实验报告要求
• 1． 根据实验数据表格绘出电源的五条外特性曲线； 2．从实验结果，验证电源等效变换的条件； 3．回答思考题。
13
14
晶体管稳压电源
15
直流电流表的使用
（1）应将直流电流表 串联在待测电流的 支路中； （2） 接线时，必须使 电流从电流表的“+” 端 流 入 ， “ -” 端 流 出，不得反接； （3） 根据被测电流的 大小，选择适当的 电流表量限，测量 中尽量使指针偏转 在；2/3量限以上。
11
拓展内容
• • 研究电源等效变换的条件是 方法一：用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。 E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V，相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的 电流值。
•
• •
方法二：内阻R0为标称值，可能与实际值有出入。因此，先用万用表测出R0 的实际值，再用方法一的步骤计算E。相应的电压源电路如图2。调节RL,测 量相应的电流值。 方法三：测量实际电流源的开路输出电压Uab，令电压源的开路电压即 E=Uab。相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。 方法四：调节电路中恒压源E，令图2中电流表、万用表的读数图1的数值相等， 记录E之值，验证等效变换条件的正确性。
U=E-IR
0
E
+ -
E R0
+ -
3
• 二、电流源
• • • • 理想电流源具有两个基本性质： 〈1〉它的电流是定值，或是一定的时间函数。 〈2〉 它的端电压不是由电流源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。 理想的电流源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电流源。 如晶体三极管。晶体三极管共基极连接，当UBC在一定范围内变化时，集电极电流IC近 乎恒值，可将其视为理想电流源。 实际的电源可以用一个理想电流源和一个电阻并联的模型来表示。
16
直流电压表的使用
（1）应将直流电压表 并接在待测电压的两 端； （2） 电压表的接线， 一般使用表笔，把红 表笔接至电压表的 “+”端，黑表笔接至 电压表的“-”端，测 量时将红表笔接至被 测电压的正极，黑表 笔接至负极； （3） 根据被测电压的 大小，选择适当的电 压表量程，测量中尽 量使指针偏转在2/3 量程以上。
2、实际电流源的伏安特性 如图接好电路。RL=0,接通电源，调节电位器，使IC=10mA。这时对于RL而言，前面所接 的含源二端网络相当Is=10mA内阻R0=510欧的实际电流源。调节RL，测定相应的电流I. mA
Is
510欧
RL
等效电路
RL(欧) 100
I(mA)测 量值 I(mA)计 算值
300
•
I I R IS IS IS R0 R I’ I IS
I
0 理想电流源
U
0 实际电流源
U
4
• 三、电源的等效变换
• 如源自文库两种电源的参数满足：R0=R0’ 外电路不发生任何影响。见图 E/R0 =Is 则电压源与电流源可以互相转换，而对
5
实验内容、步骤
• 一、测定直流稳压电源的伏安特性
• 1、一般情况下，晶体稳压电源内阻远小于负载电阻，可将其视为理想电压源。如好线 路，开启晶体稳压电源，调节输出电压U0等于10伏，调节可变电阻RL,测量的输出电 压。
900
1000
误差%
10
实验设备、仪器
• • • • 晶体管稳压电源 一台 实验电路板 一块 直流毫安表 一只 万用表 一只
思考题
1、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？ 2、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？ 3、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？ 答案
17
电路板
18
电阻箱
19
思考题的参考答案
1、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？ 答： R0=R0’ E/R0 =Is 其中， R0、R0’ 为电压源内阻和电流源内阻。所谓等 效是对外电路而言的。 2、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？ 答：不能。因为理想电压源的内阻为0，利用等效变换条件E/R0 = Is 等效电 流源的Is为无穷大，不能得到有限值。同理，理想电流源也不能等效 为电压源。 3、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？ 答：不是在任何负载下能保持恒值。当电压源的负载电阻很小时输出电 压会减小；当电流源的负载电阻很大时输出电流会减小。
mA 晶体管 稳压源 U0 V U
R=200欧
RL
理想电压源实验电路
I(mA) 0 U(V)
10
20
30
40
50
6
•
2、将一个51欧电阻与稳压电源串联，组成一个实际电压源，如图。接好电路，启动电 源，调节输出电压U0为10伏。改变电阻RL数值，测量相应的输出电压U。
I 晶体管 稳压源
mA
R0=51欧
500
700
900
1000
误差%
9
• 3、电源的等效变换
• 用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。 本实验中， E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V，相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。
RL(欧) 100
I(mA)测 量值
I(mA)计 算值
300
500
700
U0
U V
实际电压源实验电路
I(mA)
U(V)
0
40
80
120
150
7
• 二、测试电流源的伏安特性
• • 1、理想电流源的伏安特性 如图连接好电路。RL=0,接通电源，调节电位器，使IC=10mA。调节RL，测定相应的 电流I.
mA
Is
RL
等效电路
I(mA) 0 U(V)
10
20
30
40
50
8
• •
20
1
实验目的
1．掌握建立电源模型的方法； 2．掌握电源外特性的测试方法； 3. 了解电压源电流源及其伏安特性。 4．加深对电压源和电流源特性的理解； 5．研究电源模型等效变换的条件。
预习要求
预习电源模型的有关章节，熟练掌握实际电压源与电流源的互换方法。
2
• 一、电压源
•
• • • • <1>它的电压是定值。
实验原理
理想电压源具有两个基本性质：
<2> 流过理想电压源的电流不是由电压源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。 理想的电压源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电压源。 实际的电源可以用一个理想电压源和一个小电阻串联的模型来表示． 当电压源中有电 流流过时,必然在内阻上产生电压降,因此，实际电压源的端电压U可表示为：
12
实验报告要求
• 1． 根据实验数据表格绘出电源的五条外特性曲线； 2．从实验结果，验证电源等效变换的条件； 3．回答思考题。
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晶体管稳压电源
15
直流电流表的使用
（1）应将直流电流表 串联在待测电流的 支路中； （2） 接线时，必须使 电流从电流表的“+” 端 流 入 ， “ -” 端 流 出，不得反接； （3） 根据被测电流的 大小，选择适当的 电流表量限，测量 中尽量使指针偏转 在；2/3量限以上。
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拓展内容
• • 研究电源等效变换的条件是 方法一：用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。 E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V，相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的 电流值。
•
• •
方法二：内阻R0为标称值，可能与实际值有出入。因此，先用万用表测出R0 的实际值，再用方法一的步骤计算E。相应的电压源电路如图2。调节RL,测 量相应的电流值。 方法三：测量实际电流源的开路输出电压Uab，令电压源的开路电压即 E=Uab。相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。 方法四：调节电路中恒压源E，令图2中电流表、万用表的读数图1的数值相等， 记录E之值，验证等效变换条件的正确性。
U=E-IR
0
E
+ -
E R0
+ -
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• 二、电流源
• • • • 理想电流源具有两个基本性质： 〈1〉它的电流是定值，或是一定的时间函数。 〈2〉 它的端电压不是由电流源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。 理想的电流源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电流源。 如晶体三极管。晶体三极管共基极连接，当UBC在一定范围内变化时，集电极电流IC近 乎恒值，可将其视为理想电流源。 实际的电源可以用一个理想电流源和一个电阻并联的模型来表示。
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直流电压表的使用
（1）应将直流电压表 并接在待测电压的两 端； （2） 电压表的接线， 一般使用表笔，把红 表笔接至电压表的 “+”端，黑表笔接至 电压表的“-”端，测 量时将红表笔接至被 测电压的正极，黑表 笔接至负极； （3） 根据被测电压的 大小，选择适当的电 压表量程，测量中尽 量使指针偏转在2/3 量程以上。
2、实际电流源的伏安特性 如图接好电路。RL=0,接通电源，调节电位器，使IC=10mA。这时对于RL而言，前面所接 的含源二端网络相当Is=10mA内阻R0=510欧的实际电流源。调节RL，测定相应的电流I. mA
Is
510欧
RL
等效电路
RL(欧) 100
I(mA)测 量值 I(mA)计 算值
300
•
I I R IS IS IS R0 R I’ I IS
I
0 理想电流源
U
0 实际电流源
U
4
• 三、电源的等效变换
• 如源自文库两种电源的参数满足：R0=R0’ 外电路不发生任何影响。见图 E/R0 =Is 则电压源与电流源可以互相转换，而对
5
实验内容、步骤
• 一、测定直流稳压电源的伏安特性
• 1、一般情况下，晶体稳压电源内阻远小于负载电阻，可将其视为理想电压源。如好线 路，开启晶体稳压电源，调节输出电压U0等于10伏，调节可变电阻RL,测量的输出电 压。
900
1000
误差%
10
实验设备、仪器
• • • • 晶体管稳压电源 一台 实验电路板 一块 直流毫安表 一只 万用表 一只
思考题
1、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？ 2、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？ 3、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？ 答案
17
电路板
18
电阻箱
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思考题的参考答案
1、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？ 答： R0=R0’ E/R0 =Is 其中， R0、R0’ 为电压源内阻和电流源内阻。所谓等 效是对外电路而言的。 2、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？ 答：不能。因为理想电压源的内阻为0，利用等效变换条件E/R0 = Is 等效电 流源的Is为无穷大，不能得到有限值。同理，理想电流源也不能等效 为电压源。 3、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？ 答：不是在任何负载下能保持恒值。当电压源的负载电阻很小时输出电 压会减小；当电流源的负载电阻很大时输出电流会减小。
mA 晶体管 稳压源 U0 V U
R=200欧
RL
理想电压源实验电路
I(mA) 0 U(V)
10
20
30
40
50
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•
2、将一个51欧电阻与稳压电源串联，组成一个实际电压源，如图。接好电路，启动电 源，调节输出电压U0为10伏。改变电阻RL数值，测量相应的输出电压U。
I 晶体管 稳压源
mA
R0=51欧
500
700
900
1000
误差%
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• 3、电源的等效变换
• 用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。 本实验中， E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V，相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。
RL(欧) 100
I(mA)测 量值
I(mA)计 算值
300
500
700
U0
U V
实际电压源实验电路
I(mA)
U(V)
0
40
80
120
150
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• 二、测试电流源的伏安特性
• • 1、理想电流源的伏安特性 如图连接好电路。RL=0,接通电源，调节电位器，使IC=10mA。调节RL，测定相应的 电流I.
mA
Is
RL
等效电路
I(mA) 0 U(V)
10
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30
40
50
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• •
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