电位与电源外特性的实验研究

一  实验目的
1、加深电压与电位相互关系及电位相对性的理解，
2、了解直流电压源、电流源外特性及测试方法；
3  进一步掌握直流稳压电源的使用方法和基本结构。

二、实验原理与说明
1、电位与电位差  在电路中，电位的参考点选择不同，各节点电位也相应改变，而任意两节点间的电位差不变。即任意两节点间电压与参考点电位的选择无关。
2、 电压源的外特性  电压源的源电压u(t)确定的时间函数，与流过电压源的电流大小无关，电流的大小取决于外电路。如果是恒定直流电压源，则其源电压为一定值US，其外特性如图1.2.8a所示。实际电压源一般都含有内阻，随着外电路电流的增大，电源的端电压减小。它的外特性如图1.2.8b所示。实际电压源可用一个电压源US和电阻RS串联组合模型来模拟。显然RS越大，图1.2.8a、b两曲线的夹角θ也越大，实际电压源端电压随电流变化也越大。随着电子工业的发展，晶体管、集成电路稳压电源广泛使用，它的外特性接近电压源的外特性。

对于电压源的外特性测试问题，一般用稳压电源的外特性近似代替电压源的外特性；用稳压电源与一电阻串联后的外特性，来模拟实际电压源的外特性。但在测试时，外电路电流不应超过稳压电源的额定电流。
3、电流源外特性  电流源的源电流I(t)也是确定的时间函数，与其端电压大小无关，端电压的大小取决于外电路。如果是恒定直流电流源，则源电流为一定值IS，其外特性如图1.2.9a所示。实际电流源一般都含有内电导GS，随着端电压的增高，对外电路提供的电流减小。其外特性如图1.2.9b所示。实际电流源，可用一个电流源IS和一个电导GS相并联组合的模型来模拟。显然GS越大图1.2.9a、b两曲线的夹角θ也越大。晶体管电流源的外特性，在额定电流、输出电阻范围内，与电流源外特性近似。据此，在测试电流源外特性时，用晶体管电流源外特性近似代替电流源的外特性，用品体管电流源并联一电导GS后的外特性．来模拟实际电流源的外特性。

   图1.2.8 电压外特性图    图1.2.9 电流外特性图     图1.2.10 电位研究电路图

三、实验器材
    1、双路直流稳压电源                   1台
    2、可调晶体管电流源                   1台
  3、直流毫安表                         1块
    4、直流电压表(高内阻万用表)           1块
  5、实验电路板(或相应分立元件)         1块（元件若干）

四、实验任务与步骤
    1、测量电路中各节点电位 分别以点和d点作为电位参考点(零电位) 测量图1.2.10电路中各节点电位，并将测得的结果记入表1.2.8中。通过计算检验电路中任意两节点间的电压与参考点的选择无关。

  图1.2.11 电压源外特性测试电路图           图1.2.12电流源外特性测试电路图

表1.2.8 电位和电压的测量数据 

2、电压源外特性测试
    (1)电压源外特性测试参考电路如图1.2.11所示。
(2)测电压源外特性。选定负载电阻RL(0-500)可变电阻，调整稳压电源输出电压US＝5V，然后将开关S掷向1，调节RL，测量电流、电压并记入表1.2.9中。
(3)测实际电压源外特性。选一固定电阻RS(1O-100Ω)作为实际电压源的内阻与US串联，以模拟实际电压源，然后将开关S掷向2，调节RL，测量电流、电压并记于表1.2.10中。

表1.2.9 电压源外特性数据

表1.2.10实际电压源外特性数据

3、电流源外特性测试
(1)电流源外特性测试  参考电路如图1.2.12所示。    
(2)测电流源和实际电流源外特性  当开关S断开时为测试电流源外特性电路，开关S闭合时为测试实际电流源外特性电路。实验使用的晶体管电流源额定电流IS=30mA(可调)，输出电阻为500Ω(0-500Ω)。建议GS选用l00-200Ω固定电阻与晶体管电流源并联。调节RL，测试电流、电压并记于学生自拟的表中。
五、实验注意事项
    1  电压源、电流源和各电阻元件的容量要配套，并与仪表量程相适应。
    2  调节稳压电源输出电压时，应并联一块电压表，并以电压表读数为准。稳压电源的电压表指示数只作参考(监视用)。

六、思考题
你能举出几个实际电压源的实例吗? 做实际电压源外特性时，为什么用稳压电源和一个电阻串联组合来模拟?
七、实验报告要求
1、根据各实验结果数据，分别在方格纸上绘制出光滑的电压源、电流源伏安特性曲线。
2、根据实验结果，总结、归纳电压源、电流源的特性。
3、必要的误差分析。