电压源与电流源的等效变换
[实验目的]
- 学会测量电压源外特性;
- 验证电压源,电流源等效变换的条件
[实验原理]
1.一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而变，其外特性，即其伏安特性U=f(I)是一条平行于I轴的直线。
一个恒流源在使用中，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的改变而改变。
2．一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电压）不可能不随负载而变，因它具有一定的内组值。故在实验中，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）来模拟一个电压源（或电流源）的情况。
3．一个实际的电源，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ES与一个电导gO相并联的组合来表示，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。
一个电压源与一个电流源等效变换条件为
gO=
或
RO=
如下图所示：
[实验设备]
|
序号 |
名称 |
型号和规格 |
数量 |
备注 |
|
1 |
可调直流稳压电源 |
0-30V或0-20V |
1 |
|
|
2 |
可调直流恒流源 |
1 |
||
|
3 |
万用表 |
MF500B或其他 |
1 |
|
|
4 |
直流数字毫安表 |
1 |
||
|
5 |
直流数字电压表 |
1 |
||
|
6 |
电位器 |
470Ω |
1 |
[实验内容]
1．测定电压源的外特性
（1）按图6-2（a）接线，ES为+6V直流稳压电源，调节R，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数
图6-2（a） 图6-2（b）
表1
|
U(V) |
5.98 |
5.97 |
5.96 |
5.95 |
5.94 |
5.93 |
||
|
I(mA) |
7 |
8 |
10 |
13 |
15 |
20 |
实物图如下:
Proteus模拟如下
（2）按图6-2（b）接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源，调节R阻值，记录两表读数。
表2
|
U(V) |
2.73 |
2.45 |
1.97 |
1.45 |
0.97 |
|||
|
I(mA) |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
实物图如下
因为调节R0所以该电路为
Proteus模拟如下
2．测定电流源的外特性
按图6-3接线，Is为直流恒流源，视为理想电流源，调节其输出为50mA，令R0分别为1kΩ和∞，调节R阻值，记录这两种情况下的电压表和电流表的读数。
R0＝200Ω接入时
|
U(V) |
0.17 |
2.05 |
4.45 |
6.85 |
9.44 |
11.69 |
||
|
I(mA) |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
表4
R0＝∞断开时
|
U(V) |
0.17 |
9.20 |
18.24 |
|||||
|
I(mA) |
10 |
9.95 |
9.90 |
实物图如下:
单独测电流I
Proteus模拟如下
3．测定电源等效变换的条件
按图6-4线路接线，首先读取图6-4（a）线路两表的读数，然后调节图6-4（b）中电压源，另两表的读数与图6-4（a）中的数值相等，记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。
|
电压 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
电流 |
1.5 |
3.0 |
4.5 |
6 |
|
|
1 |
3 |
4 |
5.5 |
A实物图如下
b实物图如下:
因为实验室的万用表不能测电流,因此我又从新测
实物图如下
就这么一点一点测出的数据.
Proteus模拟如下
图(a)
图(b)
[实验注意事项]
- 在测量电压源外特性时,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,注意恒流源负载电压不要超过20V,负载不要开路.
- 换接线路时,必须关闭电源开关
- 直流仪表的接入应注意极性和量程.
[总结和思考]
- 本次实验中多次用到调节电流源的输出问题,由于万用表测不出电流,进行了多次换电路的问题,给实验造成了很多麻烦,大大加长了实验的时间.
- 在第一个测直流稳压源与实际电源外特性的实验中,首要注意的是电流表的量程问题,首先分析一下,电压源的内阻很大,而外阻很小,调节滑动变阻器电压表的值应该变化很小.得到的实验数据也得以验证.
- 在第二个测直流稳压源与实际电源外特性的实验中,这里调小电压源内阻可以看到外电压变化很大,验证了实验的猜想.
- 在测定电流源的外特性时,在接入时呈线性关系,而断开时变化很小.实验的数据也很成功
- 在测定电源等效变换时.我测完数据后觉得应该是题目打错了应该改变U的值来看I,但书上确实写改变电流源看电流表的值,没办法硬着头皮做了下去,其中出现很多问题,比如需要两个滑动变阻器,各自的改变需要不断的测量,还有就是万用表测不出电流,不管怎么改实验都不行,因为1mA的电流表实在是太小了.因此我就测一次,接电路一次.这样大大的损坏了实验箱.所以请下次编教材的老师能提前做一下实验,体会一下测试的难度,和数值的大小拿捏的也不是很好,好几次我都是无奈之下自己改了数据.总之电路实验总是给我惊喜.
- 非常喜欢电路实验,它能让我思考电路及基础理论的真正含义,教会了我基础理论的重要性,提醒我不好高骛远,而是着手于实际.
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