实验一 电压源、电流源特性研究

实验目的 预习要求 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。

实验原理 一、电压源 E + - + - E R0 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 + - + - E R0

二、电流源 I I I’ I I R R0 IS IS IS R IS U U 理想电流源 实际电流源 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。 I I I’ I I R R0 IS IS IS R IS U U 理想电流源 实际电流源

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

实验内容、步骤 一、测定直流稳压电源的伏安特性 I(mA) 10 20 30 40 50 U(V) mA 晶体管 稳压源 RL V U0 U 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。 mA R=200欧 晶体管 稳压源 RL V U0 U 理想电压源实验电路 I(mA) 10 20 30 40 50 U(V)

I(mA) 40 80 120 150 U(V) I 晶体管 稳压源 U V 实际电压源实验电路 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 晶体管 稳压源 R0=51欧 U U0 V 实际电压源实验电路 I(mA) 40 80 120 150 U(V)

二、测试电流源的伏安特性 I(mA) 10 20 30 40 50 U(V) mA RL Is 等效电路 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. mA RL Is 等效电路 I(mA) 10 20 30 40 50 U(V)

RL(欧) 100 300 500 700 900 1000 误差% I(mA)测量值 I(mA)计算值 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. mA Is 510欧 RL 等效电路 RL(欧) 100 300 500 700 900 1000 I(mA)测量值 I(mA)计算值 误差%

3、电源的等效变换 RL(欧) 100 300 500 700 900 1000 误差% I(mA)测量值 I(mA)计算值 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) 100 300 500 700 900 1000 I(mA)测量值 I(mA)计算值 误差%

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

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。

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，验证电源等效变换的条件； 3．回答思考题。

谢谢

晶体管稳压电源

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。

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。

电路板

电阻箱

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。