三电源的外特性及电源的等效变换
电源的等效变换实验报告数据
篇一：实验1电源外特性及等效变换实验1直流电路中的基本测量—电源外特性及等效变换1．学习正确使用常用的直流电表及直流稳压电源。
2．学习测定电压源和电流源的外特性。
3．掌握电压源和电流源等效变换的条件和方法。
4．学习通过实验来实现有源二端线性网络的等效变换。
二、实验原理1．直流电路中基本测量包括对直流电压、电流及电阻的测量。
直流电压和电流的测量，可用万用表的直流电压（DCV）及直流电流（DCmA）档；当要求较高的准确度时，应选用准确度等级为0.5～1.0 级的磁电式直流电压表和直流电流表（本实验采用此类仪表）。
电阻的测量可用伏安法、电桥法，一般情况下，常用万用表的电阻（?）档测量。
测量结果的准确度不仅与仪表的准确度等级有关，还与所选用的量程有关。
2．一个具有一定内阻的电源，可以用电压源模型来表示，也可以用电流源模型来表示。
直流稳压电源在额定电流的范围内，其输出电压不随负载电流改变，近似为恒定值，所以可视为一个恒压源（理想电压源）。
如果用一个模拟电源内阻的电阻与稳压电源串联，即构成一个具有内阻值的电压源。
构成恒流源（理想电流源）的电路有很多形式，本实验利用晶体管的恒流特性，构成一个近似于理想的电流源，其电路如图1.1 （a）所示。
将此恒流电源的（其电流中将a、b两端接R0），便构成了具有一定内阻R0的电流源，如图1.1（b）所示。
(出自:池锝范文网:电源等效变换实验报告)(a) 图1..1恒流源和电流源在保持外特性相同的条件下，电压源模型和电流源模型可以相互等效变换，但恒压源和恒流源不能等效互换。
3．一个有源二端线性网络可用一个恒压源和内阻串联的电路模型来等效。
等效电压源的端电压等于此有源二端网络的开路电压Uo，内阻R0 等于此有源二端网络中，除去独立电源后在其端口处的等效电阻。
这就是戴维宁定理，这个等效电路称为戴维宁等效电路。
本实验用电压源、电流源和电阻元件组成有源二端线性网络，如图2 中外点划线方框所示，用实验中测得的开路电压和短路电流ISC 可以计算有源二端网中R1,R2,R3,R6组成。
电源及电源等效变换法
用电压源、电流源相互等效的方法进行化简； 3、化简结果，包含所求支路在内是一个简单电路； 4、在简单电路中，求未知的电流或电压。
二、等效变换法举例
例 1：
R1
R2
+
+
E1
E2
--
已知：E1=6V，E2=3V
R3
R1=3Ω，R2=3Ω，R3=6Ω
注意事项：
① 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，
对电源内部则是不等效的。
例：当RL= 时，电压源的内阻 R0 中不损耗功率， 而电流源的内阻 R0 中则损耗功率。
② 等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。
+
a
E
– R0
IS
b
a–
a
E
R0
+
R0
IS
b
b
a R0
b
③ 理想电压源与理想电流源之间无等效关系。
三、电流源变换成等效的电压源
IS
RS
+
-
US ，
RS
已知： IS、RS ，
解： 令 RS=RS
求：
US
， 、RS
US=IS·RS 即可求得等效的电压源。
注意： US的内部电流流向要和IS的流向相一致。
四、说明
1、等效是对外电路而言，两电源内部并不等效。 2、等效变换时，IS 的方向和 US 的极性要关联。 3、和IS 串联的电阻对负载而言为无效电阻。 4、和US 并联的电阻对负载而言为无效电阻。
+ E1 -
R3 + R2 E2 -
2A
电源的等效变换
电源的等效变换(总12页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第二章电阻电路的等效变换2讲授板书1、掌握电压源、电流源的串联和并联；2、掌握实际电源的两种模型及其等效变换；3、掌握输入电阻的概念及计算。
1、电压源、电流源的串联和并联2、输入电阻的概念及计算实际电源的两种模型及其等效变换1. 组织教学 5分钟3. 讲授新课 70分钟1）电源的串并联202）实际电源的等效变换253）输入电阻的计算352. 复习旧课 5分钟电阻的等效4.巩固新课 5分钟5.布置作业 5分钟一、学时：2二、班级：06电气工程（本）/06数控技术（本）三、教学内容：[讲授新课]：第二章电阻电路的等效变换（电压源、电流源等效变换）§2－5 电压源、电流源的串联和并联电压源、电流源的串联和并联问题的分析是以电压源和电流源的定义及外特性为基础，结合电路等效的概念进行的。
1. 理想电压源的串联和并联（1）串联图示为n个电压源的串联，根据KVL得总电压为：注意：式中u sk的参考方向与u s的参考方向一致时，在式中取“＋”号，不一致时取“－”号。
usk根据电路等效的概念，可以用图（b）所示电压为Us的单个电压源等效替代图（a）中的n个串联的电压源。
通过电压源的串联可以得到一个高的输出电压。
（2）并联（a）（b）图示为2个电压源的并联，根据KVL得：上式说明只有电压相等且极性一致的电压源才能并联, 此时并联电压源的对外特性与单个电压源一样，根据电路等效概念，可以用（b）图的单个电压源替代（a）图的电压源并联电路。
注意：（1）不同值或不同极性的电压源是不允许串联的，否则违反KVL。
（2）电压源并联时，每个电压源中的电流是不确定的。
2．电压源与支路的串、并联等效（1）串联图(a)为2个电压源和电阻支路的串联，根据KVL得端口电压、电流关系为：根据电路等效的概念，图(a)电路可以用图(b)所示电压为u s的单个电压源和电阻为R的单个电阻的串联组合等效替代图(a)，其中（2）并联图(a)为电压源和任意元件的并联，设外电路接电阻R，根据KVL和欧姆定律得端口电压、电流为：即：端口电压、电流只由电压源和外电路决定，与并联的元件无关，对外特性与图(b)所示电压为u s的单个电压源一样。
电路分析实验报告
电压源与电流源的等效变换一、实验目的1、 加深理解电压源、电流源的概念。
加深理解电压源、电流源的概念。
2、 掌握电源外特性的测试方法。
掌握电源外特性的测试方法。
二、原理及说明1、 电压源是有源元件，电压源是有源元件，可分为理想电压源与实际电压源。
可分为理想电压源与实际电压源。
可分为理想电压源与实际电压源。
理想电压源在一定的电流理想电压源在一定的电流范围内，具有很小的电阻，它的输出电压不因负载而改变。
而实际电压源的端电压随着电流变化而变化，压随着电流变化而变化，即它具有一定的内阻值。
即它具有一定的内阻值。
即它具有一定的内阻值。
理想电压源与实际电压源以及理想电压源与实际电压源以及它们的伏安特性如图4-1所示所示((参阅实验一内容参阅实验一内容))。
2、电流源也分为理想电流源和实际电流源。
理想电流源的电流是恒定的，理想电流源的电流是恒定的，不因外电路不同而改变。
不因外电路不同而改变。
不因外电路不同而改变。
实际电流源的电流与所联接实际电流源的电流与所联接的电路有关。
当其端电压增高时，通过外电路的电流要降低，端压越低通过外电路的电流越大。
实际电流源可以用一个理想电流源和一个内阻R S 并联来表示。
图4-2为两种电流源的伏安特性。
流源的伏安特性。
3、电源的等效变换一个实际电源，尤其外部特性来讲，可以看成为一个电压源，也可看成为一个电流源。
两者是等效的，其中I S =U S /R S 或或 U S =I S R S图4-3为等效变换电路，由式中可以看出它可以很方便地把一个参数为U s 和R s 的电压源变换为一个参数为I s 和R S 的等效电流源。
同时可知理想电压源与理想电流源两者之间不存在等效变换的条件。
之间不存在等效变换的条件。
三、仪器设备电工实验装置电工实验装置 ： DG011 DG011、、 DG053 DG053 、、 DY04 DY04 、、 DYO31四、实验内容1、理想电流源的伏安特性1)1) 按图4-4(a)4-4(a)接线，毫安表接线使用电流插孔，接线，毫安表接线使用电流插孔，接线，毫安表接线使用电流插孔，R R L 使用1K Ω电位器。
电路分析实验
Uoc（V）
Isc（mA）
Ro= Uoc / Isc（Ω ）
2.测量线性含源一端口网络的外特性 按图5-1接线，改变电阻RL值，测量对应的电流和电压值，数 据填在表5-1内。根据测量结果，求出对应于戴维宁等效参数 Uoc,Isc。 表5-1 线性含源二端口网络的外特性
RL(KΩ ) I(mA) U( V )
三、实验设备 1.电路实验箱 2.万用表 四、实验内容 按图4-1电路接线，电压源U1=12V，U2=6V。
8/7/2013
图4-1 叠加原理实验接线图
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1.令电源U1单独作用时（将开关S1投向U1侧，开关 S2投向短路侧），用万用表和直流数字毫安表测量 各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表
4-1。
2.令电源U2单独作用时（将开关S1投向短路侧，开
关S2投向U2侧），重复上述的测量和记录。
3.令U1和U2共同作用时（开关S1和S2分别投向U1和 U2侧），重复上述的测量和记录。 4.将U2的数值增大两倍，调至(12V)，重复上述的测 量和记录。
8/7/2013 22
表4-1
测量项目 U1单独作用 U2单独作用 U1、U2共同 作用 2U2单独作 用
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图3-2 电压源
表3-1
电流源与电压源的等效变换
RL(Ω ) 0 200 300 510 1000 IL(mA) U(V)
理 想 电流源 实 际 电流源 8/7/2013 等效实际 电压源
IL(mA)
U(V)
IL(mA)
U(V)
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四、实验报告
1.根据测试数据绘出各电源的伏安特性曲线。
2.比较两电源互换后的结果，如有误差分析产生 的原因。
电工技术及应用1.2 电压源、电流源及等效变换
等效变换 电压源 电流源 电压源与电流源的等效变换
一、电压源
1. 理想电压源 电源的输出电压与外界电路无关，即电压源输出电压 的大小和方向与流经它的电流无关，也就是说无论接什么 样的外电路，输出电压总保持为某一给定值或某一给定的 时间常数。 （1）电压源符号 uS + US + 或 US + -
+
u -
IS
+
R0 U
实际电流源(直流)
理想电流源(交流)
（2）伏安特性 I + IS I0 U R R0
特点：输出电流随外电路变化。
三、实际电源两种模型的等效变换
1. 电压源与电流源的等效变换 I + Us Is I 0 R - U R0 R0
U U S IR0 U US I R0 R0 U U I S R0 R0
实际工程中，当负载 电阻远远大于电源内 阻时，实际电源可用 理想电压源表示。
I
I
US R0
+ U
R R0
R
近似
US
+ -
U
R
二、电流源
1. 理想电流源
电源的输出电流与外界电路无关，即电源输出电流的 大小和方向与它两端的电压无关，也就是说无论接什么样 的外电路，输出电流总保持为某一给定值或某一给定的时 间常数。 (1) 电流源符号
I + U -
I IS I 0 IS
U R0
US IS R0
对外电路而 言，如果将同 R 一负载R分别 接在两个电源 上，R上得到 相同的电流、 电压，则两个 电源对R而言 是等效的。
U S I S R0
电路基础思考题答案
1-1 实际电路器件与理想电路元件之间的联系和差别是什么？答：（1）联系：理想电路元件是对实际电路器件进行理想化处理、忽略次要性质、只表征其主要电磁性质的所得出的模型。
（2）差别：理想电路元件是一种模型，不是一个实际存在的东西；一种理想电路元件可作为多种实际电路器件的模型，如电炉、白炽灯的模型都是“电阻”。
1-2 （1）电流和电压的实际方向是怎样规定的？（2）有了实际方向这个概念，为什么还要引入电流和电压的参考方向的概念？（3）参考方向的意思是什么？（4）对于任何一个具体电路，是否可以任意指定电流和电压的参考方向？答：（1）电流的实际方向就是正电荷移动的方向；电压的实际方向（极性）就是电位降低的方向。
（2）对于一个复杂电路，电流、电压的实际方向事先难以确定，而交流电路中电流、电压的实际方向随时间变化，这两种情况下都无法准确标识电流、电压的实际方向，因此需要引入参考方向的概念。
（3）电流（或电压）参考方向是人为任意假定的。
按电流（或电压）参考方向列有关方程，可解出电流（或电压）结果。
若电流（或电压）结果数值为正，则说明电流（或电压）的实际方向与参考方向相同；若电流（或电压）结果数值为负，则说明电流（或电压）的实际方向与参考方向相反。
（4）可以任意指定电流和电压的参考方向。
1-3 （1）功率的定义是什么？（2）元件在什么情况下是吸收功率的？在什么情况下是发出功率的？（3）元件实际是吸收功率还是发出功率与电流和电压的参考方向有何关系？答：（1）功率定义为单位时间内消耗（或产生）的能量，即()dWp t dt=由此可推得，某二端电路的功率为该二端电路电压、电流的乘积，即()()()p t u t i t =（2）某二端电路的实际是吸收功率还是发出功率，需根据电压、电流的参考方向以及由()()()p t u t i t =所得结果的正负来综合判断，见下表（3）元件实际是吸收功率还是发出功率与电流和电压的参考方向无关。
电源的两种模型及其等效变换.
● 电流源
实际电流源的外特性——输出电压和电流均随RL而定。
理想电流源的外特性——其输出电流恒定不变，输出电压随
RL而定。
即: U= IS RL
电源的等效变换
● 电压源与电流源等效互换
I
I
+
+
+
US
-
U
RL
IS
I0 RS U
RL
R0 –
-
等效变换的条件
R0 = RS
IS = US / R0 或 US =IS RS
电源的2种模型及等效变换
电源的等效变换
电压源 电流源
电源的等效变换
电压源 电流源
电源的等效变换
● 电源的等效变换
电源是任何电路中都不可缺少的重要组成部分，实际电源 有电池、发电机、信号源等。
电压源和电流源是从实际电源抽象得到的电路模型。
电源的等效变换
● 电压源
电压源—为电路提供一定电压的电源。 输出电压： U= RLE / (R0+RL ) 输出电流由外电路RL 而定
I +
IS
I0 RS U
RL
-
实际电流源模型
● 电流源
电源的等效变换
理想电流源—如果电源内阻为无穷大，电源将对外电路提供 一个恒定不变的电流，叫做理想电流源，简称恒流源。
输出电流恒定, 即： I=IS
输出电压取决于外电路负载电阻的大小，即: U= IS RL
I
+
IS
U
RL
-
理想电流源模型
电源的等效变换
I
+
+
E -
U
RL
R0 –
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实验三 电源的外特性及电源的等效变换
一、 实验目的
1． 了解电压源和电流源的外特性。
2． 了解实际电源的外特性。
3． 掌握实际电源两种模型之间等效变换的条件。
二、 实验仪器
直流稳压电源 直流稳流电源 元件箱 直流电压表 直流电流表 三、 预习要求
1． 了解直流稳压电源、直流稳流电源、直流电压表、直流电流表的使用方法。
2． 复习电压源与电流源的外特性。
3． 复习实际电源两种模型之间等效变换的条件。
4． 自拟数据记录表格。
四、 实验原理 1． 电压源的外特性
电压源的源电压u （t ）是确定的时间函数，与其中电流的大小无关（短路除外），其外特性为u-i 平面上平行于电流轴的直线，如图1-7所示。
在测试外特性时，对于直流电压源，可用直流稳压电源（在额定电流范围内）近似代替。
2． 电流源的外特性
电流源的源电流i （t ）是确定的时间函数，与其端电压大小无关（开路除外），其外特性为u-i 平面上平行于电压轴的直线，如图1-8所示。
测试外特性时，对于直流电流源，可用稳流电源（在额定电压范围内）近似代替。
图1-7 电压源及其外特性 图1-8 电流源及其外特性
3． 实际电源的两种模型及其外特性
实际电源对外供电时，内部总是有功率损耗的，因此实际电源的电路模型中是有内阻的。
实际电源有两种电路模型：一种是电压源Us 串联电阻Ro ，其端电压随外电路
L
R L
电流的增大而减小，如图1-9所示；一种是电流源Is 并电导Go ，其端电流随端电压的增大而减小，如图1-10所示。
在实验室中，实际电源可以用稳压电源串电阻和稳流电源并电导来模拟。
图1-9 实际电压源模型及其外特性 图
1-10 实际电流源模型及其外特性
4．实际电源两种模型的等效变换
当两个电路的端口特性（也即端口特性方程）一致时，由于它们的对外作用相同，所以可以将这两个电路相互替换，替换之后不影响外电路的响应。
这样的两个电路称为等效电路，等效电路之间进行的相互替换称为电路的等效变换。
同时，等效变换的结果只是对外等效，对内并不一定等效。
对于实际电源的两种模型，在满足端口特性方程一致的条件下，可以相互等效变换，其等效变换的具体条件如图1-11所示。
图1-11 电源的等效变换
五、 实验内容
按照图1-12联线。
改变R L 值，对下面要求测试的每一项内容，分别测六组对应的电压和电流值，填入自拟表格中（参照表1-5）。
图1-12 电源外特性的测试
R L
R L
R L
R Us=IsRo
Go=1/Ro L
1．测试电压源外特性。
2．测试电流源外特性。
3．测试实际电压源外特性。
并记录稳压电源电压值和串联电阻值。
4．根据电源的等效变换条件，构造与3中等效的实际电流源模型，并测试其外特性。
5．验证电源等效转换条件的正确性。
表格 1-5 电源外特性测试
六、实验注意事项
1．使用稳压电源时切勿将其短路，其端电流不应超过稳压电源的额定电流（否则稳压效果下降）。
2．使用稳流电源时负载不得开路，其端电压不应超过稳流电源的额定电压（否则稳流效果下降）。
3．注意U S、I S的可调范围，设计时U S/R S不能大于电流源可调电流的最大值。
七、实验报告要求
1．根据实验数据绘制电压源和电流源的外特性曲线，总结其特点。
2．根据实验数据绘制实际电源两种模型的外特性曲线，总结其特点。
3．说明电源等效变换条件的正确性。
4．回答思考题。
八、思考题
1．测量电压源外特性时，可变电阻的取值是大些好还是小些好？若已经调节好稳压电源的电压，并已知其额定电流，则可调电阻的变化范围怎样确定？
2．测量电流源外特性时，可变电阻的取值是大些好还是小些好？若已经调节好稳流电源的电流，并已知其额定电压，则可调电阻的变化范围怎样确定？
3．电压源和电流源短路及开路时，对电源的影响有何不同？
4．何谓两个电路等效？电源的等效变换对内电路是否也等效？举例说明。