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实验一 电压源、电流源特性研究

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实验目的 1 ．掌握建立电源模型的方法； 2 ．掌握电源外特性的测试方法； 3. 了解电压源电流源及其伏安特性。 4 ．加深对电压源和电流源特性的理解； 5 ．研究电源模型等效变换的条件。

预习要求 预习电源模型的有关章节，熟练掌握实际电压源与电流源的互换方法。

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实验原理• 一、电压源• 理想电压源具有两个基本性质：• <1> 它的电压是定值。• <2> 流过理想电压源的电流不是由电压源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。• 理想的电压源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电压源。• 实际的电源可以用一个理想电压源和一个小电阻串联的模型来表示． 当电压源中有电

流流过时 , 必然在内阻上产生电压降 , 因此，实际电压源的端电压 U 可表示为：

U=E-IR0

+-

E +-E

R0

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• 二、电流源• 理想电流源具有两个基本性质：• 〈 1 〉它的电流是定值，或是一定的时间函数。• 〈 2 〉 它的端电压不是由电流源本身决定，而是由与它相接的外电路来确定。• 理想的电流源并不存在，但有些实际电源在一定条件下可近似地看作理想的电流源。如

晶体三极管。晶体三极管共基极连接，当 UBC 在一定范围内变化时，集电极电流 IC 近乎恒值，可将其视为理想电流源。

• 实际的电源可以用一个理想电流源和一个电阻并联的模型来表示。

IS

I

R

I

IS

U理想电流源

IS

I

R0

I’

R

I

U0 0

实际电流源

IS

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• 三、电源的等效变换

• 如果两种电源的参数满足： R0=R0’ E/R0 =Is 则电压源与电流源可以互相转换，而对

外电路不发生任何影响。见图

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实验内容、步骤• 一、测定直流稳压电源的伏安特性• 1 、一般情况下，晶体稳压电源内阻远小于负载电阻，可将其视为理想电压源。如好线

路，开启晶体稳压电源，调节输出电压 U0 等于 10 伏，调节可变电阻 RL, 测量的输出电压。

I(mA) 0 10 20 30 40 50

U(V)

晶体管

稳压源

mA

V

R=200 欧

RL

UU0

理想电压源实验电路

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• 2 、将一个 51 欧电阻与稳压电源串联，组成一个实际电压源，如图。接好电路，启动电源，调节输出电压 U0 为 10 伏。改变电阻 RL 数值，测量相应的输出电压 U 。

I(mA) 0 40 80 120 150

U(V)

晶体管

稳压源R0=51 欧

U0 V

mAI

U

实际电压源实验电路

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• 二、测试电流源的伏安特性• 1 、理想电流源的伏安特性• 如图连接好电路。 RL=0, 接通电源，调节电位器，使 IC=10mA 。调节 RL ，测定相应

的电流 I.

Is

mA

RL

等效电路

I(mA)

0 10 20 30 40 50

U(V)

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• 2 、实际电流源的伏安特性• 如图接好电路。 RL=0, 接通电源，调节电位器，使 IC=10mA 。这时对于 RL 而言，前面所

接的含源二端网络相当 Is=10mA 内阻 R0=510 欧的实际电流源。调节 RL ，测定相应的电流 I. mA

510 欧 RLIs

等效电路

RL

( 欧 )100 300 500 700 900 1000

I(mA) 测量值I(mA) 计算值误差 %

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• 3 、电源的等效变换• 用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。 本实验中， E=IR0

=10mA×510Ώ=5.1V ，相应的电压源电路如图 2 。调节 RL, 测量相应的电流值。

RL

( 欧 )100 300 500 700 900 1000

I(mA) 测量值I(mA) 计算值误差 %

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实验设备、仪器• 晶体管稳压电源 一台• 实验电路板 一块• 直流毫安表 一只• 万用表 一只

思考题1 、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？

2 、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？3 、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？ 答案

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拓展内容• 研究电源等效变换的条件是• 方法一：用电压源——串联一个电阻的模型，代替电流源——并联电阻模型。

E=IR0=10mA×510Ώ=5.1V ，相应的电压源电路如图 2 。调节 RL, 测量相应的电流值。

• 方法二：内阻 R0 为标称值，可能与实际值有出入。因此，先用万用表测出 R0

的实际值，再用方法一的步骤计算 E 。相应的电压源电路如图 2 。调节 RL,测量相应的电流值。

• 方法三：测量实际电流源的开路输出电压 Uab ，令电压源的开路电压即 E=Uab 。相应的电压源电路如图 2 。调节 RL, 测量相应的电流值。

• 方法四：调节电路中恒压源 E ，令图 2 中电流表、万用表的读数图 1 的数值相等，记录 E之值，验证等效变换条件的正确性。

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实验报告要求 • 1   ． 根据实验数据表格绘出电源的五条外特性曲线； 2 ．从实验结果，验证电源等效变换的条件；

3 ．回答思考题。

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晶体管稳压电源

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直流电流表的使用

（ 1 ）应将直流电流表串联在待测电流的支路中；

（ 2 ） 接线时，必须使电流从电流表的“ +” 端 流 入 ，“ -” 端 流 出 ， 不得反接；

（ 3 ） 根据被测电流的大小，选择适当的电流表量限，测量中尽量使指针偏转在； 2/3 量限以上。

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直流电压表的使用（ 1 ）应将直流电压表

并接在待测电压的两端；

（ 2 ） 电压表的接线，一般使用表笔，把红表笔接至电 压 表 的“ +” 端 ，黑表笔接至电压表的“ -”端，测量时将红表笔接至被测电压的正极，黑表笔接至负极；

（ 3 ） 根据被测电压的大小，选择适当的电压表量程，测量中尽量使指针偏转在 2/3量程以上。

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电路板

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电阻箱

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思考题的参考答案

1 、电压源和电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？

答： R0=R0’ E/R0 =Is 其中， R0 、 R0’ 为电压源内阻和电流源内阻。所谓等效是对外电路而言的。

2 、理想电流源和理想电压源能否进行等效变换？为什么？答：不能。因为理想电压源的内阻为 0，利用等效变换条件 E/R0 = Is 等效

电流源的 Is 为无穷大，不能得到有限值。同理，理想电流源也不能等效为电压源。

3 、说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？答：不是在任何负载下能保持恒值。当电压源的负载电阻很小时输出电

压会减小；当电流源的负载电阻很大时输出电流会减小。