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实验五电压源与电流源的等效变换一、实验目的1. 掌握电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. 一个直流稳压电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而变。其外特性曲线,即其伏安特性曲线Uf(I)是一条平行于I轴的直线。一个恒流源在实用中,在一定的电压范围内,可视为一个理想的电流源,即其输出电流不随负载两端的电压(亦即负载的电阻值)而变。2. 一个实际的电压源(或电流源), 其端电压(或输出电流)不可能不随负载而变,因它具有一定的内阻值。故在实验中,用一个小阻值的电阻(或大电阻)与稳压源(或恒流源)相串联(或并联)来摸拟一个实际的电压源(或电流源)。3. 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相并联的给合来表示。如果有两个电源,他们能向同样大小的电阻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。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为:电压源变换为电流源:IsUsRo,go1/Ro 电流源变换为电压源:UsIsRo,Ro 1/ go如图5-1所示。图 5-1三、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030V12可调直流恒流源0500mA13直流数字电压表0300V14直流数字毫安表0500mA15万用表1自备6电阻器120,200300,1KEH-117可调电阻箱099999.91EH-11四、实验内容1. 测定直流稳压电源(理想电压源)与实际电压源的外特性(1) 利用HE-11上的元件和屏上的电流插座,按图5-2接线。Us为12V直流稳压电源。调节电位器R2,令其阻值由大至小变化,记录两表的读数。 图 5-2 图 5-3 理想电压源:I(mA )101214161820U(V) (2) 按图5-3接线,虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节电位器R2,令其阻值由大至小变化,记录两表的读数。 实际电压源:I(mA)101214161820U(V)2. 测定电流源的外特性按图5-4接线,Is为直流恒流源,调节其输出为10mA,令Ro分别为1K和(即接入和断开),调节电位器RL(从0至1K),测出这两种情况下的电压表和电流表的读 数,并把测量数据分别添入表格a、b中。 图 5-4a理想电流源Ro为U(V) 0.512345I(mA)b实际电流源Ro为1KU(V)0.512345I(mA) 3. 测定电源等效变换的条件 先按图5-5(a)线路接线,记录线路中两表的读数。然后利用图5-5(a)中右侧的元件和仪表,按图5-5(b)接线。调节恒流源的输出电流IS,使两表的读数与5- 5(a)时的数值相等,记录Is之值,验证等效变换条件的正确性,并将测量数据添入下表。 图 5-5将图5-5(a)两表读数及图5-5(b)IS值添入下表:U(V)I(mA)Is(mA)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, 测电流源外特性时,不要忘记测短路时的电流值,注意恒流源负载电压不可超过20伏,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、预习思考题1. 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? 2. 电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势, 稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒
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