實驗五 電壓源與電流源的等效變換

一、實驗目的

1.掌握電源外特性的測試方法。

2.驗證電壓源與電流源等效變換的條件。

二、實驗原理

一個直流穩壓電源在一定的電流范圍內具有很小的內阻。故在實用中，常將它視為一個理想的電壓源，即其輸出電壓不隨負載電流變化。其外特性曲線，即伏安特性曲線U=f（I）是一條平行于I軸的直線。

一個恒流源在實用中，在一定的電壓范圍內，可視為一個理想的電流源，即其輸出電流不隨負載兩端的電壓（即負載的電阻值）變化。

一個實際的電壓源（或電流源），其端電壓（或輸出電流）不可能不隨負載變化，因為它具有一定的內阻值。因此在實驗中，用一個小阻值的電阻（或大電阻）與穩壓源（或恒流源）相串聯（或并聯）來模擬實際的電壓源（或電流源）。

一個實際的電源，就其外部特性而言，既可以看成是一個電壓源，又可以看成是一個電流源。若視為電壓源，則可用一個理想的電壓源U_S與一個電阻R₀相串聯的組合來表示；若視為電流源，則可用一個理想電流源I_S與一電導g₀相并聯的組合來表示。如果有兩個電源，他們能向同樣大小的電阻供出同樣大小的電流和端電壓，則稱這兩個電源是等效的，即具有相同的外特性。一個電壓源與一個電流源等效變換的條件為：

電壓源變換為電流源

I_S=U_S/R₀，g₀=1/R₀

電流源變換為電壓源

U_S=I_SR₀，R₀=1/g₀

電壓源與電流源等效變換電路圖如圖51所示。

圖51 電壓源與電流源等效變換電路圖

三、實驗設備

本實驗所用實驗設備見表51。

表5 1

實 驗 設 備

7

電位器

HE11/HE11A

1

1kΩ/2W

四、實驗內容

1.測定直流穩壓電源（理想電壓源）與實際電壓源的外特性。

（1）利用HE11/HE 11A上的元件和屏上的電流插座，按圖5 2接線。U_S為

+12V直流穩壓電源。調節R₂，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的讀數，數據列于表

5 2中。

圖53 測定實際電壓源電路圖

圖52 測定直流穩壓電源電路圖

（2）按圖5 3接線，虛線框可模擬為一個實際的電壓源。調節R₂，令其阻值由大至小變化，記錄電流表和電壓表的讀數，數據列于表53中。

2.測定電流源的外特性。

按圖54接線，I_S為直流恒流源，調節其輸出為10mA，令R₀分別為1kΩ和∞（即接入和斷開），調節電位器R_L（從0至1kΩ），測出這兩種情況下的電壓表和電流表的讀數。自擬數據表格，記錄實驗數據。

3.測定電源等效變換的條件。

先按圖5 5（a）線路接線，記錄線路中兩表的讀數。然后利用圖5 5（a）中右側的元件和儀表，按圖5 5（b）接線。調節恒流源的輸出電流I_S，使兩表的讀數與圖5 5（a）的數值相等，記錄I_S的值，驗證等效變換條件的正確性。

圖54 測定電流源外特性電路圖

圖55 電源等效變換電路圖

五、實驗注意事項

1.在測電壓源外特性時，不要忘記測空載時的電壓值；測電流源外特性時，不要忘記測短路時的電流值。

2.換接線路時，必須關閉電源開關。3.直流儀表的接入應注意極性與量程。

六、思考題

電壓源與電流源的外特性為什么呈下降變化趨勢，穩壓源和恒流源的輸出在任何負載下是否保持恒值?

七、實驗報告

1.根據實驗數據繪出電源的4條外特性曲線，并總結、歸納各類電源的特性。2.從實驗結果，驗證電源等效變換的條件。

3.心得體會及其他。