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1、实验一 电压源、电流源特性研究2021/6/161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. 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 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。2021/6/162实验原理一、电压源理想电压源具有两个基本性质:它的电压是定值。 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
2、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-IRU=E-IR0 +-E+-ER02021/6/163二、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。 ISIRIISU理想电流源ISIR0IRIU00实际电流源IS2021/
3、6/164三、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 2021/6/165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)01020304050U(V)晶体管稳压源mAVR=200欧RLUU0理想电压源实验电路2021/6/1662、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
4、阻RL数值,测量相应的输出电压U。I(mA)04080120150U(V)晶体管稳压源R0=51欧U0VmAIU实际电压源实验电路2021/6/167二、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.IsmARL等效电路I(mA)01020304050U(V)2021/6/1682、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.mA510欧RLIs等
5、效电路RL(欧)1003005007009001000I(mA)测量值I(mA)计算值误差%2021/6/1693、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=10mA510=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)1003005007009001000I(mA)测量值I(mA)计算值误差%2021/6/1610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
6、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 2021/6/1611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=10mA510=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
7、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。2021/6/1612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。 2021/6/16132021/6/1614晶体管稳压电源2021/6/1615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。 2021/6/1616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
8、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。 2021/6/1617电路板2021/6/1618电阻箱2021/6/1619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。2021/6/1620 结束语结束语若有不当之处,请指正,谢谢!若有不当之处,请指正,谢谢!