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电压源.电流源及其电源等效变换--电工基本实验
发布时间：2017-06-15 点击次数：次
一．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．加深对电压源和电流源特性的理解。
4．研究电源模型等效变换的条件。
二．原理说明
1．电压源和电流源
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，可以将它视为一个电压源。
电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I ＝ f (U) 是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。
2．实际电压源和实际电流源
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。
实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。
3．实际电压源和实际电流源的等效互换
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，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。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。
实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：
（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS；
（2）已知实际电压源的参数为Us和RS，则实际电流源的参数为
和RS，
若已知实际电流源的参数为Is和RS，则实际电压源的参数为
和RS。
三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字电流表；
2．恒压源（双路0～30V可调）；
3．恒流源（0～200mA可调）；
四．实验内容
1．测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性
实验电路如图5－1所示，图中的电源US用恒压源0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表5－1中。
表5－1 电压源（恒压源）外特性数据
在图5－1 电路中，将电压源改成实际电压源，如图5－2所示，图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表5－2中。
表5－2 实际电压源外特性数据
2．测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性
按图5－3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在RS分别为1kΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。
3．研究电源等效变换的条件
按图5－4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。
在图5－4 (a)电路中，US用恒压源0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，记录电流表、电压表的读数。然后调节图5－4 (b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图5－4(a)的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。
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．预习与思考题
1．电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？
2．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？
3．实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？
4．实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？
七．实验报告要求
1．根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性。
2．从实验结果，验证电源等效变换的条件。
3．回答思考题。
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．加深对电压源和电流源特性的理解。
4．研究电源模型等效变换的条件。
二．原理说明
1．电压源和电流源
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，可以将它视为一个电压源。
电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I ＝ f (U) 是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。
2．实际电压源和实际电流源
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。
实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。
3．实际电压源和实际电流源的等效互换
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，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。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。
实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：
（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS；
（2）已知实际电压源的参数为Us和RS，则实际电流源的参数为
和RS，若已知实际电流源的参数为Is和RS，则实际电压源的参数为
和RS。三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字电流表；
2．恒压源（双路0～30V可调）；
3．恒流源（0～200mA可调）；
四．实验内容
1．测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性
实验电路如图5－1所示，图中的电源US用恒压源0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表5－1中。
表5－1 电压源（恒压源）外特性数据
| I (mA) | |||||||
| U (V) |
在图5－1 电路中，将电压源改成实际电压源，如图5－2所示，图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表5－2中。
表5－2 实际电压源外特性数据
| I(mA) | |||||||
| U(V) |
按图5－3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在RS分别为1kΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。
3．研究电源等效变换的条件
按图5－4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。
在图5－4 (a)电路中，US用恒压源0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，记录电流表、电压表的读数。然后调节图5－4 (b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图5－4(a)的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。
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．预习与思考题
1．电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开路？
2．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？
3．实际电压源与实际电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪个参数影响？
4．实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？
七．实验报告要求
1．根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性。
2．从实验结果，验证电源等效变换的条件。
3．回答思考题。
