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实验一 电压源与电流源的等效变换与串并联的研究
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，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压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。
电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，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，具有极大的内阻，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，其端电压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。实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压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，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。若它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。
实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：
（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为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，
若已知实际电流源的参数为Is和RS，则实际电压源的参数为US?ISRS和RS。
三、实验设备
1、 MEL－06组件 （含直流数字电压表、直流数字毫安表）
2、恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调） 3、恒源流 0～500mA可调
4、EEL－23组件（含固定电阻、电位器）
四、实验内容
图 10－1mAR1USVR2 1
1、 测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性
实验电路如图10－1所示，图中的电源US用恒压源中的＋6V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、电压表的读数记入表10－1中。
表10－1 电压源（恒压源）外特性数据 I (mA) U (V) mA在图10－1 电路中，将电压源改成实际电压源，如图10－2所示，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、电压表的读数记入表10－2中。
表10－2 实际电压源外特性数据
I (mA) mAISRSR2RSUSR1VR2图 10－2 U (V) 2、测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性 按图10－3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RS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。
3、研究电源等效变换的条件
按图10－4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。
在图10－4 (a)电路中，US用恒压源中的＋6V输出端，记录电流表、电压表的读数。然后调节图10－4 (b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图10－4(a)
(a)V图 10－3mARSUmARVSISRSRV(b)图 10－4的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。
4、测定电压源串联的外特性
将电压源改成实际电压源串联，只需将图10－2中的Us用两个3V的实际电压源串联代替即可（电压源串联后应保证电压表的读数在6V左右），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、电压表的读数记入自拟的数据表格中。 5、测定电流源并联的外特性
请读者自行将第4步中的电压源串联改接成两个电流源并联。注意电流源值、内阻等数值的设计。将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中 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。
2
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、实际电压源与实际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、实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓‘等效’是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？
七、实验报告要求
1、根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、从实验结果，验证电源等效变换的条件； 3、回答思考题。
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实验二 戴维南定理及叠加定理的验证
戴维南定理及叠加定理的验证：
一、实验目的
1、验证戴维宁定理、诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解； 2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、实验原理
1、戴维宁定理和诺顿定理
戴维宁定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC, 内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。 诺顿定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源二端网络的短路短路ISC, 内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。
US、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。
2、有源二端网络等效参数的测量方法 (1)开路电压、短路电流法
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC, 然后再将
U其输出端短路，测其短路电流ISＣ，且内阻为：
RS?UOCISC。
UOCUN 若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。
(2)伏安法
一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外
?U?I?UOIN?IISC图 11-1特性曲线，如图11－1所示。开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻为：
RS?tg??。
另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，
RS?UOC?UINN如图11－1所示，则内阻为：(3)半电压法
。
如图11－2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。
有源网络
+UOC有源网络RSUS
VUOCVRSUS+U2RL-图 11-2 (4)零示法
恒压源-图 11-3 4
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