電壓源、電流源及其等效轉換

2020-11-22 電子發燒友

電壓源、電流源及其等效轉換

本站 發表於 2008-10-17 23:03:13

電壓源、電流源及其等效轉換


　　一、實驗目的
　　1、了解理想電流源與理想電壓源的外特性；
　　2、了解實際電流源與實際電壓源的外特性；
　　3、驗證實際電壓源與電流源相互進行等效轉換的條件。

　　二、原理說明
　　1、在電工理論中，理想電壓源接上負載後，當負載變化時其輸出電壓將保持不變。理想電流源接上負載後，當負載變化時其輸出電流亦保持不變。
　　而在工程實際中，絕對的理想電源是不存在的。但有一些電源，其外特性在一定條件範圍內與理想電源極為接近。在電子技術中，通常採用的電晶體電流源與電晶體電壓源就是其中的一例。因為用電子學的方法，可以使電晶體電壓源的串聯等效內阻極小，一般為10-3Ω以下；電晶體電流源的並聯等效內電導也極小，一般為10-3Ω以下，因此，可以近似地將它們視為理想電源。

　　2、一個實際電源，就其外部特性而言，既可以看成是電壓源，又可以看成是電流源。
　　電流源用一個理想電流源IS和一個電導Gi並聯的組合來表示，電壓源用一個理想電壓源US和一個電阻Ri串聯的組合來表示。一個實際的電壓源與一個實際的電流源等效，是指它們向同樣大小的負載提供同樣大小的電流，而此時電源的端電壓也相等，即電壓源與其等效的電流源具有相同的外特性。

　　3、電壓源與電流源等效轉換的條件為 ， 或 。

　　三、實驗任務
　　1、測量理想電流源的外特性。
　　本實驗採用的電流源，輸出電流IS≈30mA。當負載電阻在一定的範圍內變化時（即保持電流源兩端電壓不超過額定值Ｕmax=30V），電流源的輸出電流基本不變，即可將其視為理想電流源（如圖6.2.1中，當Rs=∞時）。將一精密可調電阻R接至電流源的兩「輸出」端鈕上，測量電流用的直流電流表串聯在電路中。改變R的電阻值，測出電源輸出端的電壓和電流，即得到該電流源的外特性曲線，測量數據記錄於表6.2.1中。
　　2、測量理想電壓源的外特性。
　　本實驗採用的電壓源，輸出電壓US≈9V。當負載電阻在一定範圍內變化時（即保持電壓源的輸出電流不超過額定值Ｉmax＝500mA），電壓源的輸出電壓基本不變，即可將其視為理想電壓源（如圖6.2.2中，當 時）。將一精密可調電阻R接至電壓源的兩「輸出」端鈕上，測量電壓用的直流電壓表並聯在電路中。改變R的電阻值，測出電路中的電流，即得到該電壓源的外特性曲線，測量數據記錄於表6.2.2中。
　　3、驗證實際電壓源與電流源等效轉換的條件。
　　在實驗任務1中，若 且理想電流源的輸出電流為IS時，則構成實際電流源。這裡我們取Ri的標稱值為510W， ，並將該電流源接至負載R，改變負載的電阻值，即可測出該電流源的外特性，測量數據記錄於表6.2.1中。根據等效轉換的條件，將理想電壓源的輸出電壓調至 ，並串聯一個標稱值為510W的電阻Ri，就構成了一個等價的實際電壓源，將該電壓源接至負載R，改變負載的電阻值，即可測出該電壓源的外特性，測量數據記錄於表6.2.2中。

圖6.2.1 圖6.2.2

表6.2.1 電流源的外特性（Is30mA）

 

R (W)

 

 

 

 

 

 

 

 

理想電流源Ri=￥

I (mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

U (V)

 

 

 

 

 

 

 

 

實際電流源Ri=510W

I (mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

U (V)

 

 

 

 

 

 

 

 

表6.2.2 電壓源的外特性（Us15.3V）

 

 

R (W)

 

 

 

 

 

 

 

 

理想電壓源Ri=0W

I (mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

U (V)

 

 

 

 

 

 

 

 

實際電壓源Ri=510W

I (mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

U (V)

　　四、實驗儀器設備
　　1、數字萬用表
　　2、電工綜合實驗臺

　　五、預習思考及注意事項
　　1、試從實驗線路中說明，電壓源和電流源的輸出端發生短路時，對電源的影響有何不同？
　　2、使用電源時應注意，電壓源不要超過其規定的額定輸出電流，電流源不要超過其規定的額定輸出電壓。
　　3、實驗過程中直流穩壓電源不能短路，直流穩流電源不能開路，而且電源只能向外提供功率而不能吸收功率，以免損壞設備。
　　4、穩壓（流）源通電初期，電源的輸出不穩定，應稍等片刻再進行測量為宜。

　　六、實驗報告要求
　　1、分析實驗過程中遇到的過載報警現象；
　　2、整理實驗數據，分別繪製電壓源、電流源的外特性曲線；
        3、驗證電壓源與電流源進行等效轉換的條件，分析實驗結果。

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