电路分析实验箱--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换的条件。
 
二、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，即其输出电压不随电流而变化。其外特性曲线，即其伏安特性曲线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。
2、一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因为它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来模拟一个实际的电压源（或电流源）。
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U_S与一个电阻R₀相串联的组合来表示：若视为一个电流源，则可用一个理想的电流源I_S与一电导g0相并联的组合来表示。如果这两种电源能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。
一个电压源和一个电流源等效变换的条件为：
I_S  = U_S/R₀，g0 = 1/R₀ 
或          U_S = I_SR₀， R₀   = 1/g0。
如图7-1所示。

图6-1
三、实验设备

序号	名称	型号与规格	数量	备注
1	可调直流稳压电源	0～12V	1
2	可调直流恒流源		1
3	万用表		1
4	直流数字毫安表		1
5	直流数字电压表		1
6	电位器	470Ω	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
（1）按图6-2(a)接线。U_S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。
 

U(V)
I(mA)

（2）按图6-2(b)接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R₂，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。
 

U(V)
I(mA)

图6-2
2、测定电流源的外特性
按图6-3接线，I_S为直流恒流源，调节其输出为10mA，令R0分别为200Ω和∞（即接入和断开），调节电位器R_L（从0至1KΩ），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。

图6-3
3、测定电源等效变换的条件
先按图6-4(a)线路接线，记录线路中两表的读数。然后再按图6-4（b）接线。调节恒流源的输出电流I_S。使两表的读数与图6-4（a）时的数值相等，记录I_S之值，验证等效变换条件的正确性

图6-4
五、实验注意事项
1、在测量电压源外特性时，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要超过20伏，负载不要开路。
2、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、通常直流稳压电源的输出端不允许短路，直流恒流源的输出端不允许开路，为什么？
2、电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源与恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？
七、实验报告
1、根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、归纳各类电源的特性。
2、从实验结果，验证电源等效变换的条件。