实验三 电压源与电流源的等效变换一、实验目的1. 通过实验加深对电流源及其外特性的认识;2. 掌握电流源和电压源进行等效变换的条件二、实验原理1. 电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以产生电流提供给外电路 电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流源），理想电流源可以 向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大小如何理想电流源具有两个基本 性质：第一，它的电流是恒值的，而与其端电压的无关；第二，理想电流源的端电压 并不能由它本身决定，而是由与之相联接的外电路确定的理想电流源的伏安特性曲 线如图4—1所示图4-1 图4-2实际电流源当其端电压增加时，通过外电路的电流并非恒定值而是要减小端电压越 高，电流下降得越多；反之，端电压越低通过外电路的电流越大，当端电压为零时， 流过外电路的电流最大，为％实际电流源可以用一个理想电流源IS和一个内阻RS相 并联的电路模型表示实际电流源的电路模型及伏安特性如图4—2所示2. 理想电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U = f （I）是一条平行于I轴的直线实验 中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个理想电压 源。
实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻因而，实际电压源（简称电压 源）可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低 在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源3.电源的等效变换：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，也可以看成是 一个电流源原理证明如下：设有一个电压源和一个电流源分别与相同阻值的外电阻R 相接，如图4 — 3所示对于电压源来说，电阻R两端的电压U和流过R的电流I间的 关系可表示为：U = Us - R对于电流源电路来说，电阻R两端的电压U和流过它的电流I间的关系可以表示如下:，U = I R' - IR如果两种电源的参数满足以下关系:二 URs RS' Rs则电压源电路的两个表达式可以写成:U = U - IR=I R，-IR，1=—RS(4—1)(4 — 2)可见表达式与电流源电路的表达式是完全相同的，也就是说在满足（4—1）式和（4一 2）式的条件下，两种电源对外电路电阻R是完全等效的两种电源互相替换对外电路 将不发生任何影响4—1）式和（4 — 2）式为电源等效互换的条件，利用它可以很方便地把一个参数为US和RS的电压源变换为一个参数为I^ = R和RS的等效电流源；反之，也可以S很容易的把一个电流源转化成一个等效的电压源。
三、实验设备1. 直流稳压电源（双路恒压源0〜30V可调）一台;2. 电流源（恒流源0〜200mA可调）一台；3. 直流电压表一只；4. 直流电流表一只；5. EEL—51N单元板一块；6. 低压导线若干四、实验内容及步骤1.测试理想电流源的伏安特性图4-4此实验在EEL-51N单元板上进行按图4—4 接好电路图中IS由恒流源提供，调节电位器使输出电流为 8mA,按表4—1中的数值从小到大依次调节电阻R 的值（R为X100Q/2W的十进制电阻箱），用直流电 压表测量R两端的电压，用直流电流表测量流过R 的电流，将数据填入表4—1中表4—1理想电流源的伏安特性R (Q )0100200300400500600700800900I (mA)U (V)2.测试实际电流源的伏安特性调节电流源输出电流为8mA，按图4—5连接，电路， R 为2000/8W的电阻，R为X100Q/2W 的十进制电阻箱，3.电流源与电压源的等效变换改变R的阻值，将测量数据填入表4—2中数值， 记录相对应的I值填入表中表4—2实际电流源的伏安特性R (Q )0100200300400500600700800900I (mA)U (V)根据电源等效变换的条件，图4—5所示电流源，，可以变换成一个电压源，其参数为：RS = RS =200Q，I = 8mA，则U = I R = 1.60V等效电路如图4—6所示，按图4—6连接电路。
其中 US由恒压源提供（要用实验用电压表测量），RS为 2000/8W的电阻，R为X100Q/2W的十进制电阻箱， 调节R为表4 — 3中数值，记录相对应的电压和电流值，填入表4 — 3中表 4—3R (Q )0100200300400500600700800900I (mA)U (V)五、实验注意事项1. 在测电压源外特性时，不要忘记测空载（1=0）时的电压值；测电流源外特性 时，不要忘记测短路（U=0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20V,负载 更不可开路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、实验报告要求1. 根据表4—1，表4—2,表4-3中的实验数据，在同一坐标系里绘制理想电流 源，实际电流源以及电压源的伏安特性曲线2. 比较两种电源等效变换后的结果，说明电压源与电流源能否进行等效变换3. 思考题：电压源和电流源等效变换条件是什么？。