电压源与电流源的等效变换实验报告总结

1 / 26电压源与电流源的等效变换实验报告总结实验一 电压源与电流源的等效变换学号：132021520 姓名：XXX 班级：13 通信 X 班 指导老师：X 老师 实验组号：5实验地点：1 实 203 实验日期：2016 年 5 月 18 日一、实验目的和要求：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、实验仪器：一、 可调直流稳压电源 1 台 二、 直流恒流源 1 台 三、 直流数字电压表 1 只 四、 直流数字毫安表 1 只 五、 电阻器 1 个 三、实验原理：1、一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内2 / 26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，即其伏安特性 U=f(I)是一条平行于 I 轴的直线。一个恒流源在使用中，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的改变而改变。2一个实际的电压源，其端电压不可能不随负载而变，因它具有一定的内组值。故在实验中，用一个小阻值的电阻与稳压源相串联来模拟一个电压源的情况。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 ES 与一个电导 gO 相并联的组合来表示，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。一个电压源与一个电流源等效变换条件为第 1 页 共 4 页Is?3 / 26或Es1 gO= RoRoEs?如下图 6-1 所示：Is1RO=g0g0四、实验内容：1测定电压源的外特性按图 6-2 接线，ES 为+6V 直流稳压电源，调节 R，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数4 / 26图 6-2 图 6-2按图 6-2 接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节R 阻值，记录两表读数。第 2 页 共 4 页2测定电流源的外特性按图 6-3 接线，Is 为直流恒流源，视为理想电流源，调节其输出为 50mA，令 R0 分别为 1K 和，调节 R 阻值，记录这两种情况下的电压表和电流表的读数。图 6-3表 3表 43测定电源等效变换的条件按图 6-4 线路接线，首先读取图 6-4 线路两表的读数，然5 / 26后调节图 6-4 中电压源 Es，另两表的读数与图 6-4 中的数值相等，记录 Is 之值，验证等效变换条件的正确性。图 6-4 图 6-4五、实验总结第 3 页 共 4 页六、思考题1、分析理想电压源和电压源输出端发生短路情况时，对电源的影响。答：一、理想电压源和电压源：短路时，电压源由于存在内阻，影响不大；理想电压源电流趋近于无穷大，会烧坏电表。二、理想电流表和电流表：开路时，由于电阻很大，导致电压非常大，但电流表有6 / 26并联电阻，所以所受影响没有理想电流表哪么大。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是否在任何负载下保持恒值？答：因为电压源与电流源都有串联或并联电阻。稳压源和恒流源的输出不是在任何负载下都保持恒值，比如：.第 4 页 共 4 页第 十五 周【教学过程】：导入新课：电路中的电能都是由电源来提供的，对负载来说，电源是电压的提供者，也可以看成是电流的提供者。讲授新课：7 / 26一、电压源为电路提供一定电压的电源可以用电压源来表征1、理想电压源(恒压源)：电源内阻为零，并能提供一个恒定不变的电压。所以也称恒压源。如图 1-a 所示。2、恒压源的两个特点：提供给负载的电压恒定不变；提供给负载的电流可任意。3、实际电压源：可以用一个电阻与一个理想的电压源串联来等效。它提供的端电压受负载影响。如图 1-b 虚线框内所示。图 18 / 26二、电流源为电路提供一定电流的电源可用电流源来表征。1、理想电流源：电源的内阻为无穷大，并能提供一个恒定不变的电源。所以也称为恒流源。如图 2-a 所示。2、恒流源的两个特点：提供给负载的电流是恒定不变的；提供给负载的电压是任意的。3、实际电流源：实际上电源的内阻不可能为无穷大，可以把理想电流源与一个内阻并联的组合等效为一个电流源。如图 2-b 所示。图 29 / 26三、两种电源模型的等效变换讨论问题：两种电源模型的等效变换的条件是什么？对外电路，只要负载上的电压与流过的电流是相等的，则两个不同的电源等效。r0?rS;IS?EE?E?IS?rS;r0rS或者：电压源等效为电流源：IS?Er0 rs?r0电流源等效为电压源：E?ISrs r0?rs即：内阻相等，电流源的恒定电流等于电压源的短路电流：10 / 26或电压源的恒定电压等于电流源的开路电压。要注意一个理想电压源是不能等效变换为一个理想电流源的，反之也一样。只有电流源和电压源之间才能等效变换。但是这种等效变换是对外电路而言的，电源内部并不等效。例题讲解：76 页例 1课堂练习：1判断:? 恒压源和恒流源可以等效互换。? 电压源和电流源等效变换前后电源内部是不等效的。23-7-133-7-243-7-311 / 26课堂小结：1、电压源： 为电路提供一定电压的电源。2、电流源：为电路提供一定电流的电源。3、电压源和电流源等效变换的条件： r0?rS;IS?EE?E?IS?rS; r0rS即：内阻相等，电流源的恒定电流等于电压源的短路电流：或电压源的恒定电压等于电流源的开路电压。作业布置：3-7-2,3-7-3,3-7-4【课后记】：这是一堂公开课，教师准备比较充分，上课课堂纪律很好，12 / 26学生回答问题很积极。在讲解过程中，我感觉到自己的知识面还不够宽，听课的老师也提出了一些问题：一、应多联系实际生活和生产中怎样应用电压源和电流源进行讲解；二、讲课过程中前后不够连贯。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幻的条件 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，即其伏安特性 V=f(I)是一条平行于 I 轴的直线；2一个实际的电压源，其端电压不可能不随负载而变 ，因它具有一定的内组值。故在实验中，用一个小阻值的电阻与稳压源相串联来模拟一个电压源的情况。3一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一13 / 26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 ES 与一个电导 GO 相并联的组合来表示，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。 一个电压源与一个电流源等效变换条件为1IS=ES/RO,GO=R0或1ES =ISGO，RO =G0如图 7-1 所示三、实验设备 1直流电压表 2直流毫安表 3恒压源030V 4恒流源 0500mA5EEL-06 组件 四、实验内容1测定直流稳压电源与电压源的外特性14 / 26按图 7-2 接线，ES 为+6V 直流稳压电源，调节 R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数2 小变化，读取两表的数据 按图 7-4 接线，IS 为直流恒流源，调节其输出为 5mA，令 R0 分别为 1K 和，调节电位器 RL(从 0 至 470),测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。自拟数据表格，记录实验数据。3、测定电源等效变换的条件按图 7-5 线路接线，首先读取 7-5 线路两表的读数，然后调节 7-5 线路中恒流源 IS(取 Rs=Rs),令两表的读数与 7-5时的数值相等，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。15 / 262、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？七、实验报告1、根据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳二类电源的特性。 2、从实验结果，验证电源等效变换的条件。 3、心得体会及其他。实验四电压源与电流源的等效变换一、实验目的1 通过实验加深对电流源及其外特性的认识； 2 掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。 二、原理16 / 26电压源是给外电路提供电压的电源，电压源分理想电压源和实际电压源。 理想电压源的输出电压为恒定值，不随外接负载变化。理想电压源的电路模型及其伏安特性如图 4-1所示。图 4-1实际电压源的输出电压随外接负载变化。负载的阻值越大，电压源的输出电压越高，当负载的阻值达到无穷大时，实际电压源的输出电压达到最大值。实际电压源可以用一个理想电压源与一个内阻的串联的电路模型表示。其伏安特性曲线如果 4-2 所示。图 4-2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。电流源可以分为理想电流源和实际电流源。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，其伏安特性曲线如图 4-3 所示。图 4-317 / 26实际电流源当其端电压增加时，通过外电路的电流并非恒定值而是减小。端电压越高，电流下降得越多；相反，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。实际电流源的电路模型及伏安特性曲线如图 4-4 所示。图 4-4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。图 4-5 给出了晶体三极管在共基极连接时，集电极电流和集电极与集极间的电压关系曲线。图 4-5一个实际的电源，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。其具体说明如下图所示。图 4-6三、实验仪器和器材18 / 261 直流可调电压 030V 板2直流稳压电源和 200mA 恒流源 3 电阻 4 电位器 5 三极管6 交直流电压电流表 /电流表 7 标准型导线 8 标准型短接桥 9 九孔实验方板四、实验内容及步骤1 测绘理想电压源的伏安特性曲线按图 4-7 所示连接电路。将图中的电压源调至 US=15V，负载电阻 R 为电阻箱。调整电阻箱阻值，测量负载电阻 R 两端的电压 U、流过负载电阻 R 的电流 I。 测量数据记录于表4-1中。19 / 26图 4-72 测试理想电流源的伏安特性曲线按图 4-8 所示连接电路。将图中的电流源调至 IS=15mA，负载电阻 R 为电阻箱。调整电阻箱阻值，测量负载电阻 R 两端的电压 U、流过负载电阻 R 的电流 I，测量数据记录于 4-2 中。表 4-2图 4-83 测试实际电流源的伏安特性曲线按图 4-9 连接电路。RS=1K，IS=15mA，调整电阻箱阻值，测量负载 R 两端的电压 U、流过负载 R 的电流 I。测量结果记录于表 4-3 中。表 4-3图 4-920 / 264 电流源与电压源的等效变换将实际电流源变换为等效的实际电压源。变换后电压源的参数为：RS?1K?US?I?RS?15mA?1K?15V等效电路如图 4-10 所示。调整电阻箱阻值，测量负载 R 两端的电压 U、流过负载 R 的电流 I。将结果记录于表 4-4 中。表 4-4图 4-10五、思考题1. 电压源和电流源等效变换的条件是什么？21 / 26Rs=Rs ,Is=Us/Rs2. 恒压源和恒流源是否能够进行等效变换？为什么？不能。恒压源的输出的输出电流是可变的。而恒流源输出电流是恒定的。3. 若将实验电路中负载电阻的阻值调到 100 千欧，则流过负载电阻的电流远小于 15mA，试解释这一现象。非理想恒流源都有内阻，当负载电阻增大到 100 千欧时，恒流源内阻相对来说将不再是 0， ，因而流过负载电阻的电流将远小于 15mA。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。22 / 262. 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而变。2. 一个实际的电压源， 其端电压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与稳压源相串联来摸拟一个实际的电压源。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。23 / 26一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。Is=Us/R0g0=1/R0LUs=R0=1/g0L图 5-1四、实验内容1. 测定直流稳压电源与实际电压源的外特性24 / 26(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 (2) 按图 5-3 接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调