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(l)是一条平行于丨轴的直线。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—IRs2•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 图4-1电压源的电路模下降。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 山4~ __ --Is 蕾URsIs

RsI 山4~ __ --Is 蕾U图4-2电流源的电路模型—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go图4-2电流源的电路模型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, go=1/Ro或Us=Is/g。， Ro=1/go三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源0-30V1RTDG-12可调直流恒流源0-500mA1RTDG-13直流数字电压表1RTT014直流数字毫安表1RTT015万用表MF-301另备6电阻器51Q,1kQ,200Q各1RTDG-087可调电阻箱Q1RTDG-08四、实验内容与步骤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RL，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51Q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Rl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。表4-1电压源的外特性、、负载内阻、、Rl(Q)oo200015001000800500300200Rs=0U(v)I(Ma)Rs=51QU'(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1KQ和r调节可变电阻箱RL(从0至5000Q),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、rl(q)0200400600800100020005000Rs=1KQI'(Ma)U'(v)Rs=oI(mA)U(v)

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。表4-3电源等效变换实际电压源实际电流源Rs(Q)Rl(Q)U(V)I(mA)Us(V)R's(Q)R'l(0)I'(mA)U'(V)Is(0)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。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。换接线路时，必须关闭电源开关。直流仪表的接入应注意极性与量程。六、预习思考题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电压源与电流源的外特性为什么呈下降