线性与非线性元件伏安特性的测定

按图3-6接线，构成诺顿等效电路，其中Isc需要用可调电流源与Ri并联，接上负载电阻RL，使其阻值分别为表3-1中的值，测量电流和电压填入表3-3，比较表3 1和表3-3中的数据，验证诺顿定理。

表3-3验证诺顿定理 RL(Ω) I(mA) U(V) 0 510 1k 1.5k 2k 2.5k 开路 四．实验设备

名称 数量 型号 l 直流可调电压0~30V板 1 MCl046 2 ±15V电压源和200mA恒流源 1 MCl034 3 电阻 5 430Ω×1， 620Ω×l，680Ω×1，

820Ω×1 1kΩ×1

4 电位器 1 5.1kΩ×

5 交直流电压电流表 1 MC1102或MC1108 6 标准型导线 若干 7．标准型短接桥 若干

8 九孔实验方板 1块 200mm×300mm

五．分析与讨论 1．在同一张坐标纸上画出原一端口网络和各等效网络的伏安特性曲线，并做分析比较，说明如何验证戴维南定理和诺顿定理。

2．同答问题

对于图3-2，如果在补偿法测量开路电压时，将C’和D相接，D’与C相接，能否达到测量电压UOC的目的?为什么?

4．电压源与电流源的等效变换

一．实验目的

1．通过实验加深对电流源及其外特性的认识 2．掌握电流源和电压源进行等效变换的条件 二．实验原理

电流源是除电压源以外的另一种形式的电源．它可以给外电路提供电流。电流源可分为理想电流源和实际电流源(实际电流源通常简称电流源)，理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的．而与其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压井不能由它本身决定，而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4一l所示-

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图4-1 理想电流源及其伏安特性

当实际电流源的端电压增加时，通过外电路的电流并非恒定值，而是要减小。端电压越高，电流下降得越多；相反，端电压越低，通过外电路的电流越大．当端电压为零时，流过外电路的电流最大，为I s。实际电流源可以用一个理想电流源I s种一个内阻Rs相并联的电路模型表示。实际电流源的电路模型及伏安特性如图4—2所示·

图4．2实际电流源及其伏安特性

某些器件的伏安特性具有近似理想电流源的性质，如硅光电池．晶体三极管输出特性等。 本实验中的电流源是用晶体管来实现的。晶体三极管在共基极联接时．集电极电流Ic和集电极与基极间的电压UCB的关系如图4-3所示。由图可见Ic=f(UCB)关系曲线的平坦部分具有恒流特性，当UCB在一定范围变化时，集电极电流Ic近乎恒定值，可以近似地将其视为理想电流源。

图4_3三极管伏安特性

电源的等效变换：

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，也可以看成是一个电流源。原理证明如下：设有一个电压源和一个电流源分别与相同阻值的外电阻R相接，如图4—4所示。对于电压源来说．电阻R两端的电压U和流过R的电流I间的关系表示为：

U?US?IRS

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或

I?US?U RS

图4-4 实际电源的两种等效电路

对于电流源电路来说，电阻R两端的电压U和流过它的电流I间的关系可表示为：

I?IS?'' 或U?ISRS ?IRSU 'RS 如果两种电源的参数满足以下关系： IS?US (4-1) RS' RS?RS (4-2)

则电压源电路的二个表达式可以写成：

U?US?IRS ?ISR?IR或

'S'S

I?US?URSU ?IS?'RS

可见表达式与电流源电路的表达式是完全相同的，也就是说，在满足(4-1)式和(4-2)式的条件下，两种电源对外电路电阻R是完全等效的。若将两种电源互相替换，对外电路将不发生任何影响。

(4-1)式和(4-2)式为电源等效互换的条件。利用它可以很方便的把一个参数为Us和Rs的电压源变换为一个参数为IS?源转换成一个等效的电压源。

US和Rs的等效电流源；反之．也可以容易地把一个电流RS 11

三．实验内容和步骤

1．测试理想电流源的伏安特性。

此实验在九孔方板上进行。按图4-5(a)接好电路，其等效电路如图4-5(b)所示。

(a)实验电路 (b)等效电路

图4-5 测量电源伏安特性的实验电路及等效电路

图中Ee和Ec由双路直流稳压电源提供．调节电位器Re．使Ic=8mA。按表4一l中的数值从小到人依次调节电阻RL的值，记录电流相对应的读数．填入表4—1中。 表4—1测试理想电流源的伏安特性 RL(Ω) Ic(mA) U(V) 0 200 400 600 800 1k 2．测试实际电流源的伏安特性。

将图4—5(a)中与RS串联的开关闭合．其实际电路如图4—5(a)所示，其等效电路如图4—5(b)所示，其中RS=lkΩ。

调节Re使Ic=8mA，改变RL使其分别为表4—2中数值．记录相对应的IL值填入表中。 表4-2测试实际电流源的伏安特性 RL(Ω) Ic(mA) U(V) 0 200 400 600 800 1k 3．电流源与电压源的等效变换。

根据电源等效变换的条件，图4—6(a)所示电流源可以变换成一个电压源，其参数为 Us=Ic×Rs=8mA×1kΩ=8V，等效电路如图4—6所示，按图4组成电路。其中Us由直流稳压电源提供(要用实验用电压表测量)，RL用电阻箱，Rs用1kΩ固定电阻。RL为表4—3中数值，记录对应的电流值IL，填入表4—3中。比较表4—2和表4—3中的数据．验证实际电流源(图4—6)与实际电压源(图4—7)的等效性。

图4—6 等效性验证

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