西 南 石 油 大 学 实 验 报 告
课程 专业年级 姓名 电路原理 计科11级 张念康 实验项目 学号 同组人姓名 电源的等效变换 1105010241 成绩 指导老师 唐老师 实验日期 2012.3.21
一、实验目的
1.通过实验了解什么是电流源及外特性。 2.掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。 二、实验原理及说明
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源。它可以产生一个电流提供给外电路。理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，而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，或是一定的时间函数i(t)，而与其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它的本身决定，而是由与之相联接的外电路确定的。其伏安特性曲线如图2-1所示：
图2-1 图2-2
实际电流源当其端电压增加时，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；反之，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Is。实际电流源可以用一个理想电流源Is和一个内阻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2-2所示。
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2-3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2-3 图2-4
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2-4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间的关系可表示为：
Us?UU?Us?IRs 以及I? (2--1、2)
Rs 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：
以及
如果两种电源的参数满足以下关系：
(2--3、4)
以及 (2--5、6)
则电压源电路的两个表达式可以写成：
以及
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(2—5)式和(2—6)式的条件下，两种电源对外电路电阻R是完全等效的。两种电源互相替换对外电路将不发生任何影响。
(2—5)式和(2—6)式为电源等效互换的条件。利用它可以很方便地把一个参数为Us和Rs的电压源变换为一个参数为Is= Us/ Rs和Rs的等效电流源；反之，也可以很容易地把一个电流源转化成一个等效的电压源。如图2-5所示。
I
+ E – R0 + U – RL IS R0 U R0 I + U – 电流源
RL
电压源
图2--5 三、实验内容及步骤
1.测试理想电流源的伏安特性
参考电路如图2-6（a）、2-6（b）所示。图中电源由双路直流稳压电源提供，调节电位器使Ic =10mA,其中Rs = 200Ω。按表(一)中的数值从小到大依次调节
电阻RL的值，记录电流相应的读数，填入表(一)中。
(a) (b) 图2-6 表（一） 200 250 300 350 400 500 600 RL（Ω） Ic（mA） 700 9.6 10.5 9.8 9.7 9.7 9.6 9.6 9.6
2.测试实际电流源的伏安特性
将图2-6（a）中与Rs串联的开关闭合，其实际电路如图2-7（a），其等效电路如图2-7（b）所示。其中Ic =10mA，Rs=200Ω为可变电阻箱。改变RL使其分别为表(二)中的数值，记录相应的电流值。
(a) (b) 图2-7 表（二） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 RL（kΩ） IL 计量值 计算值 误差（%） 4.8 5.0 4.0 2.9 3.3 12.0 2.0 2.5 20.0 1.5 2.0 25.0 1.1 1.7 35.3 mA 3.电源的等效变换 根据电源等效变换原则，图2-7（a）所示的电流源，可以变换成一个等效的电
压源，其参数为Us=IcRs=2V，Rs?200Ω，如图2-8所+ 示。调节稳压电源使Us?2V，Rs?200?（从电路板R上取），RL是电阻箱，按图2-8接线。调节RL使其分s 别为表（三）中的数值。读取对应的IL值填入表（三）u + 中。
U比较表（二）和表（三）中的数值，可以看出电
- 流源和电压源对外电路是等效的。 - 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 RL（kΩ） IL mA 计量值 计算值 5.0 5.0 0 3.2 3.3 4.0 2.3 2.5 8.0 1.8 2.0 10.0 1.4 1.6 12.0 mR 误差（%） 四、实验仪器设备 晶体管稳压电源一台 万用表一只 可变电阻箱一只 电路板一块 五、结论分析
1. 通过表（二）及表（三）的数据显示，以电压源代替电流源来对同一电路测试出的结果是近似相等的，也就可以看出电流源和电压源对外电路是等效的。
但是所得结果与标准值相比还是有一定的误差，比如系统误差：即实验仪器不精确，实验原理不完善，或者实验方法粗略，如电流表也有内阻，会对实验结果造成一定的影响。偶然误差：即由于各种偶然因素对实验者和实验仪器的影响而产生的，如在测量电路中电流时，读书可能有不同，读出的数精确度没达到等。
所以系统误差不可避免，而偶然误差我们可以尽量减小，可以在进行测量的时候多测几次求平均值。
2.根据实验数据所绘制伏安特性曲线见附图。 六、学习心得和体会
通过本次实验，我了解什么是电流源及外特性，验证并掌握电流源和电压源进行等效变换的条件。实际电压源等效变换为实际电流源时，第一，串联变为并联；第二，内阻不变；第三，电流源的电流为电压源的电压除以内阻。反之一样实际电流源等效变换为实际电压源时，第一，并联变为串联；第二，内阻不变；第三，电压源的电压为电流源的电流乘以内阻。而理想电压源与理想电流源之间不能进行等效变换。
电源等效变换
