实验五电压源与电流源的等效互换.docVIP

实验五 电压源与电流源的等效互换一、实验目的 通过实验加深对理想电流源和理想电压源的外特性的认识。 掌握电流源和电压源进行等效互换的条件。二、原理与说明 电压源恒压源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流变化而变化。其外特性，即其伏安特性是一条平行于轴的直线。实际电压源的端电压是随负载的变化而变化，因它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个电阻与恒压源相串联来模拟一个电压源的情况。 电流源电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以产生电流提供给外电路。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒定值，而与其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定，而是由与之相联接的外电路确定的，理想电流源的伏安特性曲线如图5-1所示。实际电流源当其端电压增大时，通过外电路的电流并非是恒定值，而是要减小的。端电压越高，电流下降得越多；反之，端电压越低通过外电路的电流越大，当端电压为零时，流过外电路的电流最大为。实际电流源可以用一个理想电流源和一个内阻相并联的电路模型表示。实际电流源的电路模型及伏安特性如图5-2所示。 某些器件的伏安特性具有近似理想电流源的性质。如硅光电池、晶体三极管输出特性等。本实验中的电流源是用晶体管来实现的。晶体三极管在共基极联接时，集电极电流和集电极与发射极间的电压的关系如图5-3所示，由图可见关系曲线的平坦部分具有恒流特性，当在一定范围变化时，集电极电流近乎恒定值，可以近似地将其视为理想电流源。 电源的等效变换一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，也可以看成是一个电流源。原理证明如下：设有一个电压源和一个电流源分别与相同阻值的外电阻相接，如图5-4所示。对于图5-4(a)电压源来说，电阻两端的电压和流过的电流之间的关系可表示为： 或 对于图5-4（b）电流源电路来说，电阻两端的电压和流过它的电流的关系可表示为： 或 如果两种电源满足以下关系： （5-1） （5-2）则电压源电路的两个表达式可以写成： 可见表达式与电流源电路的表达式是完全相同的，也就是说在满足（5-1）和（5-2）式的条件下，两种电源对外电路电阻是完全等效的。两种电源互相替换对外电路将不发生任何影响。（5-1）和（5-2）式是电源等效互换的条件。利用它可以很方便地把一个参数为和的电压源变换为一个参数为和的等效电流源；反之，也可以很容易地把一个电流源转化成一个等效的电压源。三、实验内容和步骤1 测试理想电流源的外特性使用电流源电压源转换电路实验板进行实验，按图5-5（a）联结电路，选择开关K为打开状态，此时为理想电流源实验电路，其等效电路如图5-5（b）所示。图中和由直流稳压稳流电源提供，调节电位器使=8mA。按表5-1中的数值从小到大依次调节电阻的值，测试出被测参数和的数值，并记录在表5-1中。表5-1给定值RL（）02004006008001K测量值IL（mA）UL (V)2 测试实际电流源的外特性将图5-5（a）中开关K 闭合，此时为实际电流源实验电路，该电路可用图5-6（a）表示，其等效电路如图5-6（b）所示，其中=1K 。调节使=8mA，按表5-2中的数值从小到大依次调节电阻的数值，测试出被测参数和的数值，并记录在表5-2中。3 测试电流源与电压源等效变换的条件根据两种电源等效变换的条件，图5-6 所示实际电流源，可以等效变换成一个实际电压源如图5-7所示，其参数为： ， =1K使用相关的仪器设备，按照图5-7线路和给出的元件参数接线。改变使其分别为表5-3中数值, 测试出被测参数和的数值，并记录在表5-3中。比较表5-2和表53中的数据，从而验证了实际电流源（图5-6）与实际电压源（图5-7）的等效性。 图5-6 图5-7四、注意事项 直流稳压稳流电源给电流源电压源等效变换实验板中的和提供电压，接线时必须注意电压的极性，做到接线正确。 更换线路时，必须关闭直流稳压稳流电源。五、预习与思考 电压源和电流源的外特性为什么呈下降变化趋势？ 电压源和电流源等效变换的条件是什么？ 根据实验电路，自拟表5-2和表5-3，将测量数据记录在相应的表格中。六、实验报告要求 根据表5-1，表5-2，表5-3中的实验数据，在同一个坐标系下绘制出理想电流源、实际电流源以及实际电压源的伏安特性曲线。 回答下列问题： 电压源和电流源等效变换的条件是什么？ 理想电流源和理想电压源是否能够进行等效变换？为什么？七、实验设备 DF