电压源、电流源及其等效转换

电压源、电流源及其等效转换

　　一、实验目的
　　1、了解理想电流源与理想电压源的外特性；
　　2、了解实际电流源与实际电压源的外特性；
　　3、验证实际电压源与电流源相互进行等效转换的条件。

　　二、原理说明
　　1、在电工理论中，理想电压源接上负载后，当负载变化时其输出电压将保持不变。理想电流源接上负载后，当负载变化时其输出电流亦保持不变。
　　而在工程实际中，绝对的理想电源是不存在的。但有一些电源，其外特性在一定条件范围内与理想电源极为接近。在电子技术中，通常采用的晶体管电流源与晶体管电压源就是其中的一例。因为用电子学的方法，可以使晶体管电压源的串联等效内阻极小，一般为10-3Ω以下；晶体管电流源的并联等效内电导也极小，一般为10-3Ω以下，因此，可以近似地将它们视为理想电源。

　　2、一个实际电源，就其外部特性而言，既可以看成是电压源，又可以看成是电流源。
　　电流源用一个理想电流源IS和一个电导Gi并联的组合来表示，电压源用一个理想电压源US和一个电阻Ri串联的组合来表示。一个实际的电压源与一个实际的电流源等效，是指它们向同样大小的负载提供同样大小的电流，而此时电源的端电压也相等，即电压源与其等效的电流源具有相同的外特性。

　　3、电压源与电流源等效转换的条件为 ， 或 。

　　三、实验任务
　　1、测量理想电流源的外特性。
　　本实验采用的电流源，输出电流IS≈30mA。当负载电阻在一定的范围内变化时（即保持电流源两端电压不超过额定值Ｕmax=30V），电流源的输出电流基本不变，即可将其视为理想电流源（如图6.2.1中，当Rs=∞时）。将一精密可调电阻R接至电流源的两“输出”端钮上，测量电流用的直流电流表串联在电路中。改变R的电阻值，测出电源输出端的电压和电流，即得到该电流源的外特性曲线，测量数据记录于表6.2.1中。
　　2、测量理想电压源的外特性。
　　本实验采用的电压源，输出电压US≈9V。当负载电阻在一定范围内变化时（即保持电压源的输出电流不超过额定值Ｉmax＝500mA），电压源的输出电压基本不变，即可将其视为理想电压源（如图6.2.2中，当 时）。将一精密可调电阻R接至电压源的两“输出”端钮上，测量电压用的直流电压表并联在电路中。改变R的电阻值，测出电路中的电流，即得到该电压源的外特性曲线，测量数据记录于表6.2.2中。
　　3、验证实际电压源与电流源等效转换的条件。
　　在实验任务1中，若 且理想电流源的输出电流为IS时，则构成实际电流源。这里我们取Ri的标称值为510W， ，并将该电流源接至负载R，改变负载的电阻值，即可测出该电流源的外特性，测量数据记录于表6.2.1中。根据等效转换的条件，将理想电压源的输出电压调至 ，并串联一个标称值为510W的电阻Ri，就构成了一个等价的实际电压源，将该电压源接至负载R，改变负载的电阻值，即可测出该电压源的外特性，测量数据记录于表6.2.2中。

图6.2.1 图6.2.2

表6.2.1 电流源的外特性（Is30mA）

	R (W)
理想电流源Ri=￥	I (mA)
	U (V)
实际电流源Ri=510W	I (mA)
	U (V)

表6.2.2 电压源的外特性（Us15.3V）

 

	R (W)
理想电压源Ri=0W	I (mA)
	U (V)
实际电压源Ri=510W	I (mA)
	U (V)

　　四、实验仪器设备
　　1、数字万用表
　　2、电工综合实验台

　　五、预习思考及注意事项
　　1、试从实验线路中说明，电压源和电流源的输出端发生短路时，对电源的影响有何不同？
　　2、使用电源时应注意，电压源不要超过其规定的额定输出电流，电流源不要超过其规定的额定输出电压。
　　3、实验过程中直流稳压电源不能短路，直流稳流电源不能开路，而且电源只能向外提供功率而不能吸收功率，以免损坏设备。
　　4、稳压（流）源通电初期，电源的输出不稳定，应稍等片刻再进行测量为宜。

　　六、实验报告要求
　　1、分析实验过程中遇到的过载报警现象；
　　2、整理实验数据，分别绘制电压源、电流源的外特性曲线；
        3、验证电压源与电流源进行等效转换的条件，分析实验结果。