電位與電源外特性的實驗研究

一 實驗目的
1、加深電壓與電位相互關系及電位相對性的理解，
2、了解直流電壓源、電流源外特性及測試方法；
3 進一步掌握直流穩壓電源的使用方法和基本結構。

二、實驗原理與說明
1、電位與電位差 在電路中，電位的參考點選擇不同，各節點電位也相應改變，而任意兩節點間的電位差不變。即任意兩節點間電壓與參考點電位的選擇無關。
2、 電壓源的外特性 電壓源的源電壓u(t)確定的時間函數，與流過電壓源的電流大小無關，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。實際電壓源一般都含有內阻，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。實際電壓源可用一個電壓源US和電阻RS串聯組合模型來模擬。顯然RS越大，圖1.2.8a、b兩曲線的夾角θ也越大，實際電壓源端電壓隨電流變化也越大。隨著電子工業的發展，晶體管、集成電路穩壓電源廣泛使用，它的外特性接近電壓源的外特性。

對于電壓源的外特性測試問題，一般用穩壓電源的外特性近似代替電壓源的外特性；用穩壓電源與一電阻串聯后的外特性，來模擬實際電壓源的外特性。但在測試時，外電路電流不應超過穩壓電源的額定電流。
3、電流源外特性 電流源的源電流I(t)也是確定的時間函數，與其端電壓大小無關，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。實際電流源一般都含有內電導GS，隨著端電壓的增高，對外電路提供的電流減小。其外特性如圖1.2.9b所示。實際電流源，可用一個電流源IS和一個電導GS相并聯組合的模型來模擬。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，與電流源外特性近似。據此，在測試電流源外特性時，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一電導GS后的外特性．來模擬實際電流源的外特性。

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、實驗器材
1、雙路直流穩壓電源 1臺
2、可調晶體管電流源 1臺
3、直流毫安表 1塊
4、直流電壓表(高內阻萬用表) 1塊
5、實驗電路板(或相應分立元件) 1塊（元件若干）

四、實驗任務與步驟
1、測量電路中各節點電位 分別以點和d點作為電位參考點(零電位) 測量圖1.2.10電路中各節點電位，并將測得的結果記入表1.2.8中。通過計算檢驗電路中任意兩節點間的電壓與參考點的選擇無關。

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據

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。選定負載電阻RL(0-500)可變電阻，調整穩壓電源輸出電壓US＝5V，然后將開關S擲向1，調節RL，測量電流、電壓并記入表1.2.9中。
(3)測實際電壓源外特性。選一固定電阻RS(1O-100Ω)作為實際電壓源的內阻與US串聯，以模擬實際電壓源，然后將開關S擲向2，調節RL，測量電流、電壓并記于表1.2.10中。

表1.2.9 電壓源外特性數據

表1.2.10實際電壓源外特性數據

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)測電流源和實際電流源外特性 當開關S斷開時為測試電流源外特性電路，開關S閉合時為測試實際電流源外特性電路。實驗使用的晶體管電流源額定電流IS=30mA(可調)，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。調節RL，測試電流、電壓并記于學生自擬的表中。
五、實驗注意事項
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。
2 調節穩壓電源輸出電壓時，應并聯一塊電壓表，并以電壓表讀數為準。穩壓電源的電壓表指示數只作參考(監視用)。

六、思考題
你能舉出幾個實際電壓源的實例嗎? 做實際電壓源外特性時，為什么用穩壓電源和一個電阻串聯組合來模擬?
七、實驗報告要求
1、根據各實驗結果數據，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、根據實驗結果，總結、歸納電壓源、電流源的特性。
3、必要的誤差分析。