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R₀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/R₀，g0 = 1/R₀ 
或          U_S = I_SR₀， R₀   = 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)R₂，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的讀數(shù)。
 

U(V)
I(mA)

（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)R₂，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的讀數(shù)。
 

U(V)
I(mA)

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。