电压源与电流源的等效变换.docx
《电压源与电流源的等效变换.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电压源与电流源的等效变换.docx（98页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电压源与电流源的等效变换
实验一电压源与电流源的等效变换
一、实验目的
1.掌握电源外特性的测试方法。
2.验证电压源与电流源等效变换的条件。
二、原理说明
1.一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。
故在实用
中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。
其外特性曲线，即其伏安特性曲线U=f（l）是一条平行于I轴的直线。
一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源，即其输出电流不随负载两端的电压（亦即负载的电阻值）而变。
2.一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。
故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或
恒流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源）。
3.一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又
可以看成是一个电流源。
若视为电压源，则可用一个理想的电压源Us与一个
电阻Ro相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is与一电导go相并联的给合来表示。
如果有两个电源，他们能向同样大小的电阻供
出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。
一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：
电压源变换为电流源：
Is=U/R^，g°=1/Ro
电流源变换为电压源：
US=IsFO，R,=1/go
如图1-1所示。
Is=US/Rogo=1/Ro
Ro
U
Rl
go
Rl
US=Is.RdR）=1/go
U
图1-1
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
1
2
可调直流恒流源
0~500mA
1
3
直流数子电压表
0~300V
1
4
直流数字毫安表
0~500mA
1
5
万用表
1
自备
6
电阻器
120Q，200Q
300Q，1KQ
HE-11
7
可调电阻箱
0~99999.9Q
1
HE-11
四、实验内容
1.测定直流稳压电源（理想电压源）与实际电压源的外特性
（1）利用HE-11上的元件和屏上的电流插座，按图1-2接线。
Us为+12V
直流稳压电源。
调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数
U（V）
I（mA
（2）按图1-3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。
调节R2，令其
阻值由大至小变化，记录两表的读数
U（V）
I（mA
2.测定电流源的外特性
按图1-4接线，Is为直流恒流源，调节其输出为10mA令R分别为1KQ和％（即接入和断开），调节电位器R（从0至1KQ），
测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。
自拟数据表格，记录实验数据。
3.测定电源等效变换的条件
先按图1-5（a）线路接线，记录线路中两表的读数。
然后利用图1-5（a）中右侧的元件和仪表，按图1-5（b）接线。
调节恒流源的输出电流Is,使两表的读数与1-5（a）时的数值
图1-4
+
©'
（b）
图1-5
相等，记录Is之值，验证等效变换条件的正确性。
五、实验注意事项
1.在测电压源外特性时,
不要忘记测空载时的电压值,
测电流源外特性
时，不要忘记测短路时的电流值，注意恒流源负载电压不可超过20伏，负载
更不可开路。
2.换接线路时，必须关闭电源开关。
3.直流仪表的接入应注意极性与量程。
六、预习思考题
1.直流稳压电源的输出端为什么不允许短路？
直流恒流源的输出端为
什么不允许开路？
2.电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源和恒流源的
输出在任何负载下是否保持恒值？
七、实验报告
1.根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、归纳各类电源的特性。
2.从实验结果，验证电源等效变换的条件。
3.心得体会及其他。
实验二功率因数及相序的测量
一、实验目的
1.掌握三相交流电路相序的测量方法。
2.熟悉功率因数表的使用方法，了解负载性质对功率因数的影响。
二、原理说明
图2-1
A相，则灯光较亮的是B相，较
图2-1为相序指示器电路，用以测定三相电源的相序A、B、C（或UV、W。
它是由一个电容器和两个电灯联接成的星形不对称三相负载电路。
如果电容器所接的是暗的是C相。
相序是相对的，任何一相均可作为A相。
但A相确定后，B相和
为了分析问题简单起见设Xc=RB=Rc=R,
Up（1
则UN'N
U'BUBUN'N
=U（-0.3
U'cUcUn'N
Ua=UP/0°
）Up（丄jU）
jRP22R
丄丄丄
jRRR
3
j）Up（0.2
2
=1.49/-101.6
3
j号）UP（0.2
=0.4/-138.4
Up（-j^3）（-）
P22R
Up（2
2
-j1.466）
Up（2
j0.6）
UP
j0.6）
=Up（-0.3+j0.266）
Up
C相也就确定了
由于U'B>U'c，故B相灯光较亮三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
单相功率表
（DGJ-07
2
交流电压表
0〜500V
3
交流电流表
0〜5A
4
白灯灯组负载
15W/220V
3
DGJ-04
5
电感线圈
30W镇流器
1
DGJ-04
6
电容器
1卩F，4.7卩F
DGJ-05
四、实验内容
1.相序的测定
⑴用220V、15W/白炽灯和1卩F/500V电容器，按图2-2接线，经三相调
压器接入线电压为220V的三相交流电源，观察两只灯泡的亮、暗，判断三相交流电源的相序
（2）将电源线任意调换两相后再接入电路，观察两灯的明亮状态，判断三相交流电源的相序。
2.电路功率（P）和功率因数（cos©）的测定
按图2-2接线，按下表所述在A、B间接入不同器件，记录cos©表及其
它各表的读数，并分析负载性质。
A、B间
U（v）
U（v）
U-（v）
UC（v）
I（V）
P（w）
Cos©
负载性质
短接
接入C
接入L
接入L和
C
说明：
C为4.7卩F/500V，L为30W日光灯镇流器
五、实验注意事项
每次改接线路都必须先断开电源。
六、预习思考题
根据电路理论，分析图2-1检测相序的原理。
七、实验报告
1.简述实验线路的相序检测原理。
2.根据U、I、P三表测定的数据，计算出cos©，并与cos©表的读数比较，分析误差原因。
3.分析负载性质与cos©的关系。
4.心得体会及其他。
实验三晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
1、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。
2、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。
3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
二、实验原理
图3-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。
它的偏置电路采用RBi和甩组成的分压电路，并在发射极中接有电阻金，以稳定放大器的静态工作点。
当在放大器的输入端加入输入信号Ui后，在放大器的输出端便可
得到一个与u相位相反，幅值被放大了的输出信号u。
，从而实现了电压放大。
图3-1共射极单管放大器实验电路
在图3-1电路中，当流过偏置电阻昭和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流Ib时（一般5〜10倍），则它的静态工作点可用下式估算
RB1
Ub-B—Ucc
RB1—B2
IUbUbEI
1E—1c
UCE=LCc—IC（—d+—E）电压放大倍数
Av卩-2电
rbe
输入电阻
R=RBl//Rb2//rbe
输出电阻
Ro=RC
由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。
在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。
一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。
因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测
量和调试技术。
放大器的测量和调试一般包括：
放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
1、放大器静态工作点的测量与调试
1）静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点，应在输入信号u=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流Ic以及各电极对地的电位UB、UC和UE。
一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC,然后算出lc的方法，例如，只要测出UE,即可用
1C1E算出IC（也可根据1C，由UC确定IC），
ReRc
同时也能算出LBe=UB-UE，UCe=UC-UE。
为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。
2）静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流lc（或UCE）的调整与测试。
静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。
如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时UO的负半周将被削底，如图3-2（a）所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即u。
的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图3-2（b）所示。
这些情况都不符合不失真放大的要求。
所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压Ui，检查输出电压Uo的大小和波形是否满足要求。
如不满足，则应调节静态工作点的位置。
图3-2静态工作点对uo波形失真的影响
改变电路参数UCc、忠RB（FUFh）都会引起静态工作点的变化，如图3-3所示。
但通常多采用调节偏置电阻Fh的方法来改变静态工作点，如减小Fh,则可使静态工作点提高等。
icj〔
Ucc
图3-3电路参数对静态工作点的影响
最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。
所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。
如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。
2、放大器动态指标测试
放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。
1）电压放大倍数A的测量
调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压Ui，在输出电压uo
不失真的情况下，用交流毫伏表测出Ui和Uo的有效值U和UO，则
2）输入电阻R的测量
为了测量放大器的输入电阻，按图3-4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R,在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和U，则根据输入电阻的定义可得
R二勺二TT
IiUrUsUi
测量时应注意下列几点：
1由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压Ur时必须分别测出US和U，然后按"二US-U求出UR值。
2电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与R为同一数量级为好，本实验可取R=1〜2KQ。
3）输出电阻R）的测量
按图3-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载Rl的输
出电压TO和接入负载后的输出电压UL，根据即可求出
Uo
Ro（^01）Rl
在测试中应注意，必须保持R-接入前后输入信号的大小不变。
4）最大不失真输出电压Ubpp的测量（最大动态范围）
如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。
为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节FW（改变静态工作点），用示波器观察uo,当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图3-5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。
然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO
（有效值），则动态范围等于2.2U。
。
或用示波器直接读出UOp来。
BW=fH—
Aum
0TOTAuiri
9011（NPN）
9012（PNP）:
[9013（NPN）
图I3—丁'幅频特性曲线
实验设备与器件
图3-7晶体三极管管脚排列
fn
图3—5静态工作点正常，输入信号太大引起的失真
5）放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数a与输入信号频率f之间的关系曲线。
单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图3—6所示，Am为中
频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Ajo为此，可
采用前述测Au的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。
此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。
6）干扰和自激振荡的消除
三、实验设备
1、+12V直流电源
3、双踪示波器
5、直流电压表
7、频率计
2、函数信号发生器
4、交流毫伏表
、直流毫安表
8、万用电表
参考实验附录
9、晶体三极管3DG&1（50〜100）或9011X1
10、电阻器、电容器若干
四、实验内容
实验电路如图3-1所示。
各电子仪器可按实验要求方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。
1、调试静态工作点
接通直流电源前，先将R调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。
接通+12V电源、调节R,使lc=2.0mA（即UE=2.0V），用直流电压表测量UB、UEUC及用万用电表测量FL值。
记入表3-1。
表3-1Ic=2mA
测量值
计算值
UB（V）
UE（V）
UC（V）
R（KQ）
UBe（V）
UCE（V）
Ic（mA
2、测量电压放大倍数
在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号us,调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压U10mV同时用示波器观察放大器输出电压uo波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UL值，并
用双踪示波器观察uo和Ui的相位关系，记入表3-2。
表3-2Ic=2.0mAU—mV
丸uo
Fl（KQ）
R（KQ）
U0（V）
A
1
1观察记录一组u
O和u1波形
2.4
oo
■1
1.2
oo
2.4
2.4
3、观察静态工作点对电压放大倍数的影响
置2.4KQ,R_=x，U适量，调节R,用示波器监视输出电压波形,在u。
不失真的条件下，测量数组Ic和Ub值，记入表3-3。
表3-3FC=2.4KQRl=xui=mV
Ic（mA）
2.0
出V）
A
测量Ic时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使U二0）。
4、观察静态工作点对输出波形失真的影响
置FC=2.4KQ,2.4KQ,Ui=0,调节Rw使Ic=2.0mA测出UCe值,
再逐步加大输入信号，使输出电压uo足够大但不失真。
然后保持输入信号不变，分别增大和减小Rw,使波形出现失真，绘出Uo的波形，并测出失真情况下的Ic和UCe值，记入表3-4中。
每次测Ic和UCe值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表3—4Rc=2.4KQRl=xUi=mV
Ic（mA）
UCe（V）
U0波形
失真情况
管子工作状态
4
2.0
5、测量最大不失真输出电压
置2.4KQ,R_=2.4KQ,按照实验原理2.4）中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器R,用示波器和交流毫伏表测量UOpp及UO值，记入表
3—5。
表3—5Rc=2.4KRl=2.4K
Ic（mA）
Um（mV）
U4V）
UOp（V）
*6、测量输入电阻和输出电阻
置2.4KQ,2.4KQ,Ic=2.0mA输入f=1KHz的正弦信号，在输出电压Uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US,U和U记入表3-6。
保持US不变，断开R,测量输出电压UO，记入表3-6。
表3-6Ic=2mARc=2.4KQRl=2.4KQ
US
（mv）
U
（mv）
R（KQ）
UL
（V）
UO
（V）
F0（KQ）
测量值
计算值
测量值
计算值
*7、测量幅频特性曲线取I尸2.0mAFC=2.4KQ,2.4KQ。
保持输入信号Ui的幅度不变,
改变信号源频率f,逐点测出相应的输出电压Ub,记入表3-7。
表3-7Ui=mV
flfof
『n
f（KHZ）
Ub（V）
A/=Ub/Ui
为了信号源频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔
细读数。
说明：
本实验内容较多，其中6、7可作为选作内容。
五、实验总结
1、列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差
原因。
2、总结Q,R及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。
3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。
4、分析讨论在调试过程中出现的问题。
六、预习要求
1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。
假设：
3DG6的3=100,民产20KQ,FL=60KQ,艮=2.4KQ,2.4KQ。
估算放大器的静态工作点，电压放大倍数Av,输入电阻R和输出电阻Rd
2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。
3、能否用直流电压表直接测量晶体管的UBe?
为什么实验中要采用测UB、UE,再间接算出UBe的方法？
4、怎样测量％阻值？
5、当调节偏置电阻FB2,使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCe怎样变化？
6、改变静态工作点对放大器的输入电阻R有否影响？
改变外接电阻R
对输出电阻Fb有否影响？
7、在测试Av,R和Fb时怎样选择输入信号的大小和频率？
为什么信号频率一般选1KHz而不选100KHZ或更高？
8、测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？
注：
附图3-1所示为共射极单管放大器与带有负反馈的两级放大器共用实验模块。
如将Ki、K2断开，则前级（I）为典型电阻分压式单管放大器；如将K、&接通，则前级（I）与后级（U）接通，组成带有电压串联负反馈两级放大器。
实验四差动放大器
一、实验目的
1、加深对差动放大器性能及特点的理解
2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法
二、实验原理
图4—1是差动放大器的基本结构。
它由两个元件参数相同的基本共射放
大电路组成。
当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。
调零电位器RP
用来调节Ti、T2管的静态工作点，使得输入信号U=0时，双端输出电压00RE为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。
图4—1差动放大器实验电路
+Ucc■a
+12V
0
R]
58K
当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。
它用晶体管恒流源代替发射极电阻Re,可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力
1、静态工作点的估算
典型电路
IE旦4（认为5=UB2-0）
C1
1C2
恒流源电路
1
JjUccUee）Ube
IR1R2
IC3
IE3RE3
丨C1
1
丨C1二1C3
2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数
当差动放大器的射极电阻Re足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数Ad由输出端方式决定，而与输入方式无关。
双端输出：
Re=x，r在中心位置时，
△Uo
△Ui
Rb
B）Rp
单端输出
Ad1
△Uc
△ui
1
2Ad
△Uj
△Uc2
当输入共模信号时，若为单端输出，则有
AC1
△Uc
△Ui
Rb
若为双端输出，在理想情况下
rbe
（1
BRC
1
B）（尹2Re）
Rc
2rE
Ac
△Uo
△Uj
实际上由于元件不可能完全对称，因此Ac也不会绝对等于零。
3、共模抑制比CMRR
为了表征差动放大器对有用信号（差模信号）的放大作用和对共模信号的抑制能力，通常用一个综合指标来衡量，即共模抑制比
或CMRR20Log
Ad
Ac
dB
本实验由函数
差动放大器的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号信号发生器提供频率f=1KHZ的正弦信号作为输入信号。
三、实验设备与器件
1、土12V直流电源2、函数信号发生器
3、双踪示波器4、交流毫伏表
5、直流电压表
6晶体三极管3DG&3,要求「、T2管特性参数一致。
（或9011X3）。
电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1、典型差动放
升级会员 