電路分析實驗箱--電壓源與電流源的等效變換
一、實驗?zāi)康?br />
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
1、一個直流穩(wěn)壓電源在一定的電流范圍內(nèi),具有很小的內(nèi)阻。故在實用中,常將它視為一個理想的電壓源,即其輸出電壓不隨電流而變化。其外特性曲線,即其伏安特性曲線U=f(I)是一條平行于I軸的直線。
一個恒流源在使用中,在一定的電壓范圍內(nèi),可視為一個理想的電流源。
2、一個實際的電壓源(或電流源),其端電壓(或輸出電流)不可能不隨負載而變,因為它具有一定的內(nèi)阻值。故在實驗中,用一個小阻值的電阻(或大電阻)與穩(wěn)壓源(或恒流源)相串聯(lián)(或并聯(lián))來模擬一個實際的電壓源(或電流源)。
3、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R
0相串聯(lián)的組合來表示:若視為一個電流源,則可用一個理想的電流源I
S與一電導(dǎo)g0相并聯(lián)的組合來表示。如果這兩種電源能向同樣大小的負載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。
一個電壓源和一個電流源等效變換的條件為:
I
S = U
S/R
0,g0 = 1/R
0
或 U
S = I
SR
0, R
0 = 1/g0。
如圖7-1所示。
圖6-1
三、實驗設(shè)備
序號 |
名稱 |
型號與規(guī)格 |
數(shù)量 |
備注 |
1 |
可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 |
0~12V |
1 |
|
2 |
可調(diào)直流恒流源 |
|
1 |
|
3 |
萬用表 |
|
1 |
|
4 |
直流數(shù)字毫安表 |
|
1 |
|
5 |
直流數(shù)字電壓表 |
|
1 |
|
6 |
電位器 |
470Ω |
1 |
|
四、實驗內(nèi)容
1、測定直流穩(wěn)壓電源與實際電壓源的外特性
(1)按圖6-2(a)接線。U
S為+6V直流穩(wěn)壓電源。調(diào)節(jié)R
2,令其阻值由大至小變化,記錄兩表的讀數(shù)。
(2)按圖6-2(b)接線,虛線框可模擬為一個實際的電壓源。調(diào)節(jié)R
2,令其阻值由大至小變化,記錄兩表的讀數(shù)。
圖6-2
2、測定電流源的外特性
按圖6-3接線,I
S為直流恒流源,調(diào)節(jié)其輸出為10mA,令R0分別為200Ω和∞(即接入和斷開),調(diào)節(jié)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(shù)。自擬數(shù)據(jù)表格,記錄實驗數(shù)據(jù)。
圖6-3
3、測定電源等效變換的條件
先按圖6-4(a)線路接線,記錄線路中兩表的讀數(shù)。然后再按圖6-4(b)接線。調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流I
S。使兩表的讀數(shù)與圖6-4(a)時的數(shù)值相等,記錄I
S之值,驗證等效變換條件的正確性
圖6-4
五、實驗注意事項
1、在測量電壓源外特性時,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,注意恒流源負載電壓不要超過20伏,負載不要開路。
2、換接線路時,必須關(guān)閉電源開關(guān)。
3、直流儀表的接入應(yīng)注意極性與量程。
六、預(yù)習(xí)思考題
1、通常直流穩(wěn)壓電源的輸出端不允許短路,直流恒流源的輸出端不允許開路,為什么?
2、電壓源與電流源的外特性為什么呈下降變化趨勢,穩(wěn)壓源與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(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出電源的四條外特性曲線,并總結(jié)、歸納各類電源的特性。
2、從實驗結(jié)果,驗證電源等效變換的條件。