电压源与电流源的等效变换实训操作优化指南

1.目的要求

（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。

2.项目分析

（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改变而变。

（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。故在项目中，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IS与一电导g0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（图1－29）的条件为

图1－29　等效变换

3.所需材料

材料清单如表1－8所示。

表1-8　材料清单

4.项目内容

1）测定电压源的外特性

按图1－30接线，US为＋6 V直流稳压电源，视为理想电压源。调节R2，令其阻值由大至小变化（从至200 Ω），将两表的读数记录于表1－9中。

图1－30　接线图及仿真图

（a）接线图；（b）仿真图

表1-9　记录表

按图1－31接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2（从至200 Ω），将两表的读数记录于表1－10中。

图1－31　接线图及仿真图(www.xing528.com)

（a）接线图；（b）仿真图

表1-10　记录表

2）测定电流源的外特性

按图1－32接线，IS为直流恒流源，视为理想电流源。调节其输出电流为10 mA，令R0分别为1 kΩ和（即接入和断开），调节电位器RL（从0～470 Ω），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，记录项目数据。

图1－32　电流源的接线图及仿真图

（a）接线图；（b）仿真图

3）测定电源等效变换的条件

先按图1－33（a）线路接线，记录线路中两表的读数，然后按图1－33（b）接线。调节线路中恒流源的输出电流IS，使两表的读数与图1－33（a）的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。

图1－33　电源等效变换接线图及仿真图

（a）、（b）接线图；（c）、（d）仿真图

5.项目要求

（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 V，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。

6.项目要求

（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？

7.项目报告

（1）根据项目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）从项目结果，验证电源等效变换的条件。