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电工技术

直流电路——电压源与电流源的等效变换

Author: Date:2012-6-30 15:51:22
实验六 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、原理说明
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。其外特性曲线,即其伏安特性曲线U=f(I)是一条平行于I轴的直线。一个实用中的恒流源在一定的电压范围内,可视为一个理想的电流源。
2. 一个实际的电压源(或电流源), 其端电压(或输出电流)不可能不随负载而变,因它具有一定的内阻值。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)来摸拟一个实际的电压源(或电流源)。
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Us与一个电阻Ro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Is与一电导go相并联的组合来表示。如果这两种电源能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的条件为:
Is=Us/Ro,go=1/Ro   或  Us=IsRo,Ro= 1/ go 。 如图6-1所示。

电压源与电流源的等效变换

图 6-1
三、实验设备
序号    名    称    型号与规格    数量    备  注
1    可调直流稳压电源    0~30V    1    DG04
2    可调直流恒流源    0~500mA    1    DG04
3    直流数字电压表    0~200V    1    D31
4    直流数字毫安表    0~200mA    1    D31
5    电阻器    120Ω,200Ω
300Ω,1KΩ        DG09
6    可调电阻箱    0~99999.9Ω    1    DG09
7    实验线路            DG05
四、实验内容
1. 测定直流稳压电源与实际电压源的外特性
(1)按图8-2接线。Us为+12V直流稳压电源(将R0短接)。调节R2,令其阻值由大至小变化,记录两表的读数。

电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换

                                       
     图 6-2                        图 6-3

 图 6-2                        图 6-3

     UV

 

 

 

 

 

 

 

ImA

 

 

 

 

 

 

 

 (2) 按图8-3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,记录两表的读数。

UV

 

 

 

 

 

 

 

ImA

 

 

 

 

 

 

 

  
2. 测定电流源的外特性
按图6-4接线,Is为直流恒流源,调节其输出为10mA,令Ro分别为1KΩ和∞(即接入和断开),调节电位器RL(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6-5(a)线路接线,记
录线路中两表的读数。然后利用图
6-5(a)中右侧的元件和仪表,按图
6-5(b)接线。调节恒流源的输出电流
IS,使两表的读数与6- 5(a)时的数值
相等,记录Is之值,验证等效变换
条件的正确性。
                                                   图6-4电压源与电流源




电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换



               (a)                                      (b)
                                     图 6-5
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,注意恒流源负载电压不要超过20伏,负载不要开路。
    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、预习思考题
1. 通常直流稳压电源的输出端不允许短路,直流恒流源的输出端不允许开路,为什么?
    2. 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四条外特性曲线,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。