(参考资料)电压源与电流源等效变换实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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,实验原理,一、电压源,理想电压源具有两个基本性质：,它的电压是定值。,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：,U=E-IR,0,+,-,E,+,-,E,R,0,3,二、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,U,BC,在一定范围内变化时，集电极电流,I,C,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。,I,S,I,R,I,I,S,U,理想电流源,I,S,I,R,0,I,R,I,U,0,0,实际电流源,I,S,4,三、电源的等效变换,如果两种电源的参数满足：,R,0,=R,0, E/R,0,=I,s,则电压源与电流源可以互相转换，而对外电路不发生任何影响。见图,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。,I(mA,),0,10,20,30,40,50,U(V),晶体管,稳压源,mA,V,R=200,欧,R,L,U,U,0,理想电压源实验电路,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(mA,),0,40,80,120,150,U(V),晶体管,稳压源,R,0,=51,欧,U,0,V,mA,I,U,实际电压源实验电路,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.,I,s,mA,R,L,等效电路,I(mA,),0,10,20,30,40,50,U(V),8,2,、实际电流源的伏安特性,如图接好电路。,R,L,=0,接通电源，调节电位器,，,使,I,C,=10mA,。,这时对于,R,L,而言，前面所接的含源二端网络相当,I,s,=10mA,内阻,R,0,=510,欧的实际电流源。调节,R,L,，,测定相应的电流,I.,mA,510,欧,R,L,I,s,等效电路,R,L,(欧),100,300,500,700,900,1000,I(mA,),测量值,I(mA,),计算值,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=IR,0,=10mA510,=5.1V,，,相应的电压源电路如图,2,。调节,R,L,测量相应的电流值。,R,L,(欧),100,300,500,700,900,1000,I(mA,),测量值,I(mA,),计算值,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,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,510,=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,R,0,为标称值，可能与实际值有出入。因此，先用万用表测出,R,0,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。,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,谢谢,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。,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。,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：,R,0,=R,0, E/R,0,=I,s,其中，,R,0,、,R,0,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/R,0,= I,s,等效电流源的,I,s,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。,20,