電壓源、電流源及其等效轉(zhuǎn)換
一、實驗?zāi)康?/b>
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(jìn)行等效轉(zhuǎn)換的條件。
二、原理說明
1、在電工理論中,理想電壓源接上負(fù)載后,當(dāng)負(fù)載變化時其輸出電壓將保持不變。理想電流源接上負(fù)載后,當(dāng)負(fù)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范圍內(nèi)與理想電源極為接近。在電子技術(shù)中,通常采用的晶體管電流源與晶體管電壓源就是其中的一例。因為用電子學(xué)的方法,可以使晶體管電壓源的串聯(lián)等效內(nèi)阻極小,一般為10-3Ω以下;晶體管電流源的并聯(lián)等效內(nèi)電導(dǎo)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(dǎo)Gi并聯(lián)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(lián)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(fù)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(zhuǎn)換的條件為 , 或 。
三、實驗任務(wù)
1、測量理想電流源的外特性。
本實驗采用的電流源,輸出電流IS≈30mA。當(dāng)負(fù)載電阻在一定的范圍內(nèi)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(dāng)Rs=∞時)。將一精密可調(diào)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(lián)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(shù)據(jù)記錄于表6.2.1中。
2、測量理想電壓源的外特性。
本實驗采用的電壓源,輸出電壓US≈9V。當(dāng)負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)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(dāng) 時)。將一精密可調(diào)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并聯(lián)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(shù)據(jù)記錄于表6.2.2中。
3、驗證實際電壓源與電流源等效轉(zhuǎn)換的條件。
在實驗任務(wù)1中,若 且理想電流源的輸出電流為IS時,則構(gòu)成實際電流源。這里我們?nèi)i的標(biāo)稱值為510W, ,并將該電流源接至負(fù)載R,改變負(fù)載的電阻值,即可測出該電流源的外特性,測量數(shù)據(jù)記錄于表6.2.1中。根據(jù)等效轉(zhuǎn)換的條件,將理想電壓源的輸出電壓調(diào)至 ,并串聯(lián)一個標(biāo)稱值為510W的電阻Ri,就構(gòu)成了一個等價的實際電壓源,將該電壓源接至負(fù)載R,改變負(fù)載的電阻值,即可測出該電壓源的外特性,測量數(shù)據(jù)記錄于表6.2.2中。
圖6.2.1 圖6.2.2
表6.2.1 電流源的外特性(Is30mA)
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R (W) |
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理想電流源Ri=¥ |
I (mA) |
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U (V) |
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實際電流源Ri=510W |
I (mA) |
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U (V) |
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表6.2.2 電壓源的外特性(Us15.3V)
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R (W) |
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理想電壓源Ri=0W |
I (mA) |
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U (V) |
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實際電壓源Ri=510W |
I (mA) |
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U (V) |
四、實驗儀器設(shè)備
1、數(shù)字萬用表
2、電工綜合實驗臺
五、預(yù)習(xí)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(fā)生短路時,對電源的影響有何不同?
2、使用電源時應(yīng)注意,電壓源不要超過其規(guī)定的額定輸出電流,電流源不要超過其規(guī)定的額定輸出電壓。
3、實驗過程中直流穩(wěn)壓電源不能短路,直流穩(wěn)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(shè)備。
4、穩(wěn)壓(流)源通電初期,電源的輸出不穩(wěn)定,應(yīng)稍等片刻再進(jìn)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(xiàn)象;
2、整理實驗數(shù)據(jù),分別繪制電壓源、電流源的外特性曲線;
??????? 3、驗證電壓源與電流源進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換的條件,分析實驗結(jié)果。
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