1.4　电压源、电流源及等效变换的研究实验

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、实验仪器设备

（1）直流电压表1块。

（2）直流毫安表1块。

（3）恒压源（0～30V可调）1个。

（4）恒源流（0～500mA可调）1个。

（5）电位器470Ω1个。

（6）固定电阻：200Ω、51Ω、1kΩ各1个。

三、实验原理与说明

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，可以将它视为一个电压源。

电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，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，具有极大的内阻，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RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I的增大而降低。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。

实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压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，就其外部特性而言，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US与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。若它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。

实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：

（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS。

（2）已知实际电压源的参数为US和RS，则实际电流源的参数和RS；若已知实际电流源的参数为IS和RS，则实际电压源的参数为US=IS和RS。

四、实验内容与步骤

1.测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性

实验电路如图1-4-1所示，图中的电源US=6V，用直流稳压电源调节出。R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表1-4-1中。

在图1-4-1所示电路中，将电压源改成实际电压源，如图1-4-2所示，图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表1-4-2中。

2.测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性

按图1-4-3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在RS分别为1kΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令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。

3.研究电源等效变换的条件

按图1-4-4电路接线，其中图1-4-4（a）、（b）中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。

在图1-4-4（a）电路中，US用恒压源中的+6V输出端，记录电流表、电压表的读数。然后调节图1-4-4（b）电路中恒流源IS，令两表的读数与图1-4-4（a）的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。

五、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、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）实际电压源与实际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）实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓“等效”是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？

（5）根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。

（6）从实验结果，验证电源等效变换的条件。