电压源、电流源特性试验

1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.了解电压源电流源及其伏安特性。4．加深对电压源和电流源特性的理解；5．研究电源模型等效变换的条件。预习要求预习电源模型的有关章节，熟练掌握实际电压源与电流源的互换方法。2实验原理•一、电压源•理想电压源具有两个基本性质：•1它的电压是定值。•2流过理想电压源的电流不是由电压源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。•理想的电压源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电压源。•实际的电源可以用一个理想电压源和一个小电阻串联的模型来表示．当电压源中有电流流过时,必然在内阻上产生电压降,因此，实际电压源的端电压U可表示为：U=E-IR0+-E+-ER03•二、电流源•理想电流源具有两个基本性质：•〈1〉它的电流是定值，或是一定的时间函数。•〈2〉它的端电压不是由电流源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。•理想的电流源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电流源。如晶体三极管。晶体三极管共基极连接，当UBC在一定范围内变化时，集电极电流IC近乎恒值，可将其视为理想电流源。•实际的电源可以用一个理想电流源和一个电阻并联的模型来表示。ISIRIISU理想电流源ISIR0I’RIU00实际电流源IS4•三、电源的等效变换•如果两种电源的参数满足：R0=R0’E/R0=Is则电压源与电流源可以互相转换，而对外电路不发生任何影响。见图5实验内容、步骤•一、测定直流稳压电源的伏安特性•1、一般情况下，晶体稳压电源内阻远小于负载电阻，可将其视为理想电压源。如好线路，开启晶体稳压电源，调节输出电压U0等于10伏，调节可变电阻RL,测量的输出电压。I(mA)01020304050U(V)晶体管稳压源mAVR=200欧RLUU0理想电压源实验电路6•2、将一个51欧电阻与稳压电源串联，组成一个实际电压源，如图。接好电路，启动电源，调节输出电压U0为10伏。改变电阻RL数值，测量相应的输出电压U。I(mA)04080120150U(V)晶体管稳压源R0=51欧U0VmAIU实际电压源实验电路7•二、测试电流源的伏安特性•1、理想电流源的伏安特性•如图连接好电路。RL=0,接通电源，调节电位器，使IC=10mA。调节RL，测定相应的电流I.IsmARL等效电路I(mA)01020304050U(V)8•2、实际电流源的伏安特性•如图接好电路。RL=0,接通电源，调节电位器，使IC=10mA。这时对于RL而言，前面所接的含源二端网络相当Is=10mA内阻R0=510欧的实际电流源。调节RL，测定相应的电流I.mA510欧RLIs等效电路RL(欧)1003005007009001000I(mA)测量值I(mA)计算值误差%9•3、电源的等效变换•用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。本实验中，E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V，相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。RL(欧)1003005007009001000I(mA)测量值I(mA)计算值误差%10实验设备、仪器•晶体管稳压电源一台•实验电路板一块•直流毫安表一只•万用表一只思考题1、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？2、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？3、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？答案11拓展内容•研究电源等效变换的条件是•方法一：用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V，相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。•方法二：内阻R0为标称值，可能与实际值有出入。因此，先用万用表测出R0的实际值，再用方法一的步骤计算E。相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。•方法三：测量实际电流源的开路输出电压Uab，令电压源的开路电压即E=Uab。相应的电压源电路如图2。调节RL,测量相应的电流值。•方法四：调节电路中恒压源E，令图2中电流表、万用表的读数图1的数值相等，记录E之值，验证等效变换条件的正确性。12实验报告要求•1．根据实验数据表格绘出电源的五条外特性曲线；2．从实验结果，3．回答思考题。1314晶体管稳压电源15直流电流表的使用（1）应将直流电流表串联在待测电流的支路中；（2）接线时，必须使电流从电流表的“+”端流入，“-”端流出，不得反接；（3）根据被测电流的大小，选择适当的电流表量限，测量中尽量使指针偏转在；2/3量限以上。16直流电压表的使用（1）应将直流电压表并接在待测电压的两端；（2）电压表的接线，一般使用表笔，把红表笔接至电压表的“+”端，黑表笔接至电压表的“-”端，测量时将红表笔接至被测电压的正极，黑表笔接至负极；（3）根据被测电压的大小，选择适当的电压表量程，测量中尽量使指针偏转在2/3量程以上。17电路板18电阻箱19思考题的参考答案1、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？答：R0=R0’E/R0=Is其中，R0、R0’为电压源内阻和电流源内阻。所谓等效是对外电路而言的。2、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？答：不能。因为理想电压源的内阻为0，利用等效变换条件E/R0=Is等效电流源的Is为无穷大，不能得到有限值。同理，理想电流源也不能等效为电压源。3、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？答：不是在任何负载下能保持恒值。当电压源的负载电阻很小时输出电压会减小；当电流源的负载电阻很大时输出电流会减小。