实验五 电压源与电流源的等效变换

一、实验目的

1.掌握电源外特性的测试方法。

2.验证电压源与电流源等效变换的条件。

二、实验原理

一个直流稳压电源在一定的电流范围内具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流变化。其外特性曲线，即伏安特性曲线U=f（I）是一条平行于I轴的直线。

一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载两端的电压（即负载的电阻值）变化。

一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载变化，因为它具有一定的内阻值。因此在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来模拟实际的电压源（或电流源）。

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，则可用一个理想的电压源U_S与一个电阻R₀相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源I_S与一电导g₀相并联的组合来表示。如果有两个电源，他们能向同样大小的电阻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。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：

电压源变换为电流源

I_S=U_S/R₀，g₀=1/R₀

电流源变换为电压源

U_S=I_SR₀，R₀=1/g₀

电压源与电流源等效变换电路图如图51所示。

图51 电压源与电流源等效变换电路图

三、实验设备

本实验所用实验设备见表51。

表5 1

实 验 设 备

7

电位器

HE11/HE11A

1

1kΩ/2W

四、实验内容

1.测定直流稳压电源（理想电压源）与实际电压源的外特性。

（1）利用HE11/HE 11A上的元件和屏上的电流插座，按图5 2接线。U_S为

+12V直流稳压电源。调节R₂，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数，数据列于表

5 2中。

图53 测定实际电压源电路图

图52 测定直流稳压电源电路图

（2）按图5 3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R₂，令其阻值由大至小变化，记录电流表和电压表的读数，数据列于表53中。

2.测定电流源的外特性。

按图54接线，I_S为直流恒流源，调节其输出为10mA，令R₀分别为1kΩ和∞（即接入和断开），调节电位器R_L（从0至1kΩ），测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。自拟数据表格，记录实验数据。

3.测定电源等效变换的条件。

先按图5 5（a）线路接线，记录线路中两表的读数。然后利用图5 5（a）中右侧的元件和仪表，按图5 5（b）接线。调节恒流源的输出电流I_S，使两表的读数与图5 5（a）的数值相等，记录I_S的值，验证等效变换条件的正确性。

图54 测定电流源外特性电路图

图55 电源等效变换电路图

五、实验注意事项

1.在测电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值。

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

电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值?

七、实验报告

1.根据实验数据绘出电源的4条外特性曲线，并总结、归纳各类电源的特性。2.从实验结果，验证电源等效变换的条件。

3.心得体会及其他。