实验五 电压源、电流源及其电源等效变换的研究
一、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. 加深对电压源和电流源特性的理解;
4. 研究电源模型等效变换的条件。
二、原理说明
1. 电压源和电流源
电压源具有端电压保持恒定不变,而输出电流大小由负载决定的特性。 外特征,极端电压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
个电压源。
电流源具有端电流保持恒定不变,而端电压的大小由负载决定的特性。其 外特征,即输出电流I与端电压U的关系I=f(U)是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内,具有很大的内阻,可以将它视为一
个电流源。
2. 实际电压源和实际电流源
实际上任何电源内部都存在电阻,通常称为内阻。因而,实际电压源可以
用一个内阻R和电压源U串联
表
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示,其断电压U随输出电流I增大而降低在SS
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.
实际电流源可以用一个内阻R和电压源U并联表示,其输出电流I随断SS
电压U增大而减小。在实验中,可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来
模拟一个实际电流源.
3. 实际电压源和实际电流源的等效互换
一个实际的电源,就其外部特征而言,既可以看成是一个电压源,又可以 看成是一个电流源。若视为电压源,则可用一个电压源于一个电阻相串联来表
示;若视为电流源,则可用一个电流源与一个电阻向并联来表示。若他们向同
样大小的负载供出同样大小的电流和端电压,则称这两个电源是等效的,即具
有相同的外特性。
实际电压源和实际电流源的等效变换的条件为:
。 (1) 取实际的电压源与实际的电流源的内阻均为RS
US(2) 已知实际电压源的参数为U和R ,则实际电流源的参数为I,SSSRS
和R,若已知实际电压源的参数为I和R,则实际电流源的参数SSS
为和R。 UIR,SSSS
三、实验设备
1.直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同,EEL—Ι型为单独的MEL—06组件,其余型号含在主控制屏上)
2.恒压源(EEL—Ι、Ц、Ш、?均含在主控制屏上,根据用户的要求,可能有
两种配置(1)+6v(+5v),+12v,0~30v可调或(2)双路0~30v可调。) 3.恒流源(0~500mA可调)
4.EEL—23组件(含固定电阻、电位器)或EEL—51组件、EEL—52组件 四、实验内容
1. 测定电压源(恒压源)与实际电压源的外特性
+ - mA
R1
+ + Us
V R2
- -
图5-1 实验电路如图5—1所示,图中的电源U用恒压源中的+6V(+5)输出端,RS1
取200Ω的固定电阻,R取470Ω的电位器。调节电位器R,令其阻值由大至22小变化,将电流表、电压表的读书记入表5—1中。 图5—1电路中,将电压源改为实际电压源,如图5—2所示,
mA
+-
RUs
1 RS
2 + +
R2V Us- - 3
图5-2 图中内阻R取51Ω的固定电阻,调节电位器R,令其阻值由大至小变化,将S2
电流表、电压表的读书记入表5—2中。
表5—2实际电压源外特性数据
2. 测定电流源(恒流源)与实际电流源的外特性
为恒流源,调节其输出为5mA(用毫安表测量),按图5—3接线,图中IS
,R取470Ω的电位器,在R分别为1KΩ和两种情况下,调节电位器R,令222其阻值由大至小变化,将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。
+ - mA
+ IS
V Rs R2
-
图5—3
3.研究电源等效变换的条件
按图5—4电路接线,其中(a)、(b)图中的内阻R均为51Ω,负载电2阻R均为200Ω。
- + - + mA mA
+ + IS Rs R V Rs R V
+ - U- S
-
图5—4(a) 图5—4(b)
在图5—4(a)电路中, U用恒压源中的+6V输出端,记录电压表、电S
流表的读数。然后调节图5—4(b)电路中恒流源I ,另两表的读数与图5S—4(a)的数值相等,记录I之值,验证等效变换条件的正确性。 S
五、实验注意事项
1. 在测电压源外特性时,不要忘记测空载(I=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
20伏,负载更不可开路;
2. 换接线时,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、 预习与思考题
1. 电压源的输出端为什么不允许短路?电流源的输出端为什么不允许开
路?
2. 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? 3. 实际电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势,下降的快慢受哪
个参数影响?
4. 实际电压源和实际电流源的等效变换的条件是什么?所谓‘等效’是对
谁而言?电压源和实际电流源能否等效变换?
七、
实验报告
化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单
要求
1. 据实验数据绘出电源的四条外特性,并总结、归纳两类电源的特性; 2. 实验结果,验证电源等效变换的条件;
3. 答思考题。