实验五 电压源、电流源及其电源等效变换的研究
一、实验目的
1. 掌握建立电源模型的方法； 2. 掌握电源外特性的测试方法； 3. 加深对电压源和电流源特性的理解； 4. 研究电源模型等效变换的条件。
二、原理说明
1. 电压源和电流源
电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流大小由负载决定的特性。 外特征，极端电压U与输出电流I的关系U=f(I)是一条平行于I轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。
电流源具有端电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其 外特征，即输出电流I与端电压U的关系I=f(U)是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有很大的内阻，可以将它视为一个电流源。
2. 实际电压源和实际电流源
实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源可以 用一个内阻RS和电压源US串联表示，其断电压U随输出电流I增大而降低在
实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源. 实际电流源可以用一个内阻RS和电压源US并联表示，其输出电流I随断电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来
模拟一个实际电流源.
3. 实际电压源和实际电流源的等效互换
一个实际的电源，就其外部特征而言，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，则可用一个电压源于一个电阻相串联来表示；若视为电流源，则可用一个电流源与一个电阻向并联来表示。若他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。
实际电压源和实际电流源的等效变换的条件为：
（1） 取实际的电压源与实际的电流源的内阻均为RS。
（2） 已知实际电压源的参数为US和RS ，则实际电流源的参数为IS?USRS和RS，若已知实际电压源的参数为IS和RS，则实际电流源的参数为US?ISRS和RS。
三、实验设备
1．直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL—Ι型为单独的MEL—06组件，其余型号含在主控制屏上）
2．恒压源（EEL—Ι、Ц、Ш、Ⅳ均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）+6v(+5v),+12v,0~30v可调或（2）双路0~30v可调。） 3．恒流源（0~500mA可调）
4．EEL—23组件（含固定电阻、电位器）或EEL—51组件、EEL—52组件
四、实验内容
1. 测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性
+ mA - R1 Us+ + V - - R2 图5-1
实验电路如图5—1所示，图中的电源US用恒压源中的+6V（+5）输出端，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读书记入表5—1中。 表5—1电压源（恒压源）外特性数据 I(mA) U(V) 图5—1电路中，将电压源改为实际电压源，如图5—2所示，
+mA - URS + R1+ R23 图5-2 Us- V -
图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读书记入表5—2中。
表5—2实际电压源外特性数据
I(mA) U(V) 2. 测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性
按图5—3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在R2分别为1KΩ和?两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。
+ - mA Rs R2 + V -
图5—3
IS 3.研究电源等效变换的条件
按图5—4电路接线，其中（a）、（b）图中的内阻R2均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。
+ - mA R + V - + - mA Rs R + V -
Rs + US - IS 图5—4（a） 图5—4（b） 在图5—4（a）电路中， US用恒压源中的+6V输出端，记录电压表、电流表的读数。然后调节图5—4（b）电路中恒流源IS ，另两表的读数与图5—4（a）的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。
五、实验注意事项
1. 在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I=0）时的电压值；测电流源外特
性时，不要忘记测短路（U=0）时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载更不可开路； 2. 换接线时，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、 预习与思考题
1. 电压源的输出端为什么不允许短路？电流源的输出端为什么不允许开
路？
2. 说明电压源和电流源的特性，其输出是否在任何负载下能保持恒值？ 3. 实际电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，下降的快慢受哪
个参数影响？
4. 实际电压源和实际电流源的等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对 谁而言？电压源和实际电流源能否等效变换？
七、 实验报告要求
1． 据实验数据绘出电源的四条外特性，并总结、归纳两类电源的特性； 2． 实验结果，验证电源等效变换的条件； 3． 答思考题。