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实验一 电压源、电流源特性研究. 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。. 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。
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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。
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
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。 I I I’ I I R R0 IS IS IS R IS 0 0 U U 理想电流源 实际电流源
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
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。 mA R=200欧 晶体管 稳压源 RL V U0 U 理想电压源实验电路
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。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 晶体管 稳压源 R0=51欧 U U0 V 实际电压源实验电路
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. mA RL Is 等效电路
mA • 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. Is 510欧 RL 等效电路
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。