電位與電源外特性的實(shí)驗(yàn)研究

一 實(shí)驗(yàn)目的
1、加深電壓與電位相互關(guān)系及電位相對(duì)性的理解，
2、了解直流電壓源、電流源外特性及測試方法；
3 進(jìn)一步掌握直流穩(wěn)壓電源的使用方法和基本結(jié)構(gòu)。

二、實(shí)驗(yàn)原理與說明
1、電位與電位差 在電路中，電位的參考點(diǎn)選擇不同，各節(jié)點(diǎn)電位也相應(yīng)改變，而任意兩節(jié)點(diǎn)間的電位差不變。即任意兩節(jié)點(diǎn)間電壓與參考點(diǎn)電位的選擇無關(guān)。
2、 電壓源的外特性 電壓源的源電壓u(t)確定的時(shí)間函數(shù)，與流過電壓源的電流大小無關(guān)，電流的大小取決于外電路。如果是恒定直流電壓源，則其源電壓為一定值US，其外特性如圖1.2.8a所示。實(shí)際電壓源一般都含有內(nèi)阻，隨著外電路電流的增大，電源的端電壓減小。它的外特性如圖1.2.8b所示。實(shí)際電壓源可用一個(gè)電壓源US和電阻RS串聯(lián)組合模型來模擬。顯然RS越大，圖1.2.8a、b兩曲線的夾角θ也越大，實(shí)際電壓源端電壓隨電流變化也越大。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，晶體管、集成電路穩(wěn)壓電源廣泛使用，它的外特性接近電壓源的外特性。

對(duì)于電壓源的外特性測試問題，一般用穩(wěn)壓電源的外特性近似代替電壓源的外特性；用穩(wěn)壓電源與一電阻串聯(lián)后的外特性，來模擬實(shí)際電壓源的外特性。但在測試時(shí)，外電路電流不應(yīng)超過穩(wěn)壓電源的額定電流。
3、電流源外特性 電流源的源電流I(t)也是確定的時(shí)間函數(shù)，與其端電壓大小無關(guān)，端電壓的大小取決于外電路。如果是恒定直流電流源，則源電流為一定值IS，其外特性如圖1.2.9a所示。實(shí)際電流源一般都含有內(nèi)電導(dǎo)GS，隨著端電壓的增高，對(duì)外電路提供的電流減小。其外特性如圖1.2.9b所示。實(shí)際電流源，可用一個(gè)電流源IS和一個(gè)電導(dǎo)GS相并聯(lián)組合的模型來模擬。顯然GS越大圖1.2.9a、b兩曲線的夾角θ也越大。晶體管電流源的外特性，在額定電流、輸出電阻范圍內(nèi)，與電流源外特性近似。據(jù)此，在測試電流源外特性時(shí)，用晶體管電流源外特性近似代替電流源的外特性，用品體管電流源并聯(lián)一電導(dǎo)GS后的外特性．來模擬實(shí)際電流源的外特性。

圖1.2.8 電壓外特性圖 圖1.2.9 電流外特性圖 圖1.2.10 電位研究電路圖

三、實(shí)驗(yàn)器材
1、雙路直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)
2、可調(diào)晶體管電流源 1臺(tái)
3、直流毫安表 1塊
4、直流電壓表(高內(nèi)阻萬用表) 1塊
5、實(shí)驗(yàn)電路板(或相應(yīng)分立元件) 1塊（元件若干）

四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與步驟
1、測量電路中各節(jié)點(diǎn)電位 分別以點(diǎn)和d點(diǎn)作為電位參考點(diǎn)(零電位) 測量圖1.2.10電路中各節(jié)點(diǎn)電位，并將測得的結(jié)果記入表1.2.8中。通過計(jì)算檢驗(yàn)電路中任意兩節(jié)點(diǎn)間的電壓與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)。

圖1.2.11 電壓源外特性測試電路圖 圖1.2.12電流源外特性測試電路圖

表1.2.8 電位和電壓的測量數(shù)據(jù)

2、電壓源外特性測試
(1)電壓源外特性測試參考電路如圖1.2.11所示。
(2)測電壓源外特性。選定負(fù)載電阻RL(0-500)可變電阻，調(diào)整穩(wěn)壓電源輸出電壓US＝5V，然后將開關(guān)S擲向1，調(diào)節(jié)RL，測量電流、電壓并記入表1.2.9中。
(3)測實(shí)際電壓源外特性。選一固定電阻RS(1O-100Ω)作為實(shí)際電壓源的內(nèi)阻與US串聯(lián)，以模擬實(shí)際電壓源，然后將開關(guān)S擲向2，調(diào)節(jié)RL，測量電流、電壓并記于表1.2.10中。

表1.2.9 電壓源外特性數(shù)據(jù)

表1.2.10實(shí)際電壓源外特性數(shù)據(jù)

3、電流源外特性測試
(1)電流源外特性測試 參考電路如圖1.2.12所示。
(2)測電流源和實(shí)際電流源外特性 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)為測試電流源外特性電路，開關(guān)S閉合時(shí)為測試實(shí)際電流源外特性電路。實(shí)驗(yàn)使用的晶體管電流源額定電流IS=30mA(可調(diào))，輸出電阻為500Ω(0-500Ω)。建議GS選用l00-200Ω固定電阻與晶體管電流源并聯(lián)。調(diào)節(jié)RL，測試電流、電壓并記于學(xué)生自擬的表中。
五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
1 電壓源、電流源和各電阻元件的容量要配套，并與儀表量程相適應(yīng)。
2 調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓時(shí)，應(yīng)并聯(lián)一塊電壓表，并以電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)。穩(wěn)壓電源的電壓表指示數(shù)只作參考(監(jiān)視用)。

六、思考題
你能舉出幾個(gè)實(shí)際電壓源的實(shí)例嗎? 做實(shí)際電壓源外特性時(shí)，為什么用穩(wěn)壓電源和一個(gè)電阻串聯(lián)組合來模擬?
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、根據(jù)各實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，分別在方格紙上繪制出光滑的電壓源、電流源伏安特性曲線。
2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納電壓源、電流源的特性。
3、必要的誤差分析。