實驗五 受控源的實驗研究

1、 一、 實驗目的1、了解用運算放大器組成的受控源的線路原理。2、測試受控源轉移特性及負載特性。二、 原理說明1、運算放大器（簡稱運放）的電路符號及其等效電路如圖 5-1所示：圖 運算放大器是一個有源三端器件，它有兩個輸入端和一個輸出端，若信號從 “”端輸入，則輸出信號與輸入信號相位相同，故稱為同相輸入端；若信號從“-”端輸入，則輸出信號與輸入信號相位相反，故稱為反相輸入端。運算放大器的輸出電壓為： u A u u00Pn其中A 是運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，在理想情況下， A 與運放的輸入電00阻R 均為無窮大，因此有：iu uPnuui 0 i 0PnRRPniPin這說明理想運放具有下列三大特

2、征（1） 運放的“”端與“（2） （3） 運放的輸出電阻為零。以上三個重要的性質是分析所有具有運放網(wǎng)絡的重要依據(jù)。要使運放工作，2、理想運放的電路模型是一個受控源電壓控制電壓源（即 VCVS5-1現(xiàn)對輸入信號的各種模擬運算或模擬變換。3、所謂受控源：是指其電源的輸出電壓或輸出電流是受電路的另一支路的電壓或電流所控制的。當受控源的電壓（或電流）與控制支路的電壓（或電流）成正比時，則該受控源為線性的。根據(jù)控制變量與輸出變量的不同可以分為VCVSVCCS控制電壓源（CCVSCCCS 5-2 所示。即從輸入口看理想受控源或是短路（即輸入電阻R 0，因而u 0）或是開ii路（即輸入電導G 0，因而輸入電

3、流i 0ii是一個理想電壓源，或是一個理想電流源。圖 5-24、受控源的控制端與受控端的關系稱為轉移函數(shù)四種受控源轉移函數(shù)參量的定義如下;（1） 壓控電壓源（VCVS） U f U U U 稱為轉移電壓比。2121（2） 壓控電流源（VCCS） I f Ug I U 稱為轉移電導21m21（3） 流控電壓源（CCVS） U f Ir U I 稱為轉移電阻m2121（4） 流控電流源（CCCS） I f I I I 稱為轉移電流比21215、用運放構成四種類型基本受控源的線路原理分析（1） 壓控電壓源（VCVS） 如圖 5-3所示由于運放的虛短路特性，有URURU U Ui 2n12Pn12圖

4、5-3又因為運放內阻為無窮，有i i12R UU i R i R i R R RR 1 U11因此121 122212R12R22即運放的輸出電壓U 只受輸入電壓的控制與負載R 的大小無關。2LRU轉移電壓比1 21U R 12為無量綱數(shù)，又稱為電壓放大系數(shù)。這里的輸入、輸出有公共接地點，這種聯(lián)接方式稱為共地聯(lián)接。（2） 壓控電流源（VCCS） 將圖 5-3 中的R 看成一個負載電阻R ，如圖 5-41L所示，即成為壓控電流源（VCCS圖 5-4此時，運放的輸出電流UUi i 1nLRRR即運放的輸出電流i 只受輸入電壓U 的控制，與負載電阻R 無關。L1L i1轉移電導g SLURm1這里的

5、輸入、輸出無公共接地點，這種聯(lián)接方式稱為浮地聯(lián)接。（3） 流控電壓源（CCVS） 如圖 5-5所示圖 5-5由于運放的“+”端接地，所以U -”端電壓U 0，此時運放的nP“”端稱為虛地點。顯然，流過電阻 R 的電流i 就是網(wǎng)絡的輸入電流i 。1SU i R i R即輸出電壓U 只受輸入電流i 的控21S2S制，與負載電阻R 無關。L R U轉移電阻r m2iS此電路為共地聯(lián)接。（4） 流控電流源（CCCS） 如圖 5-6所示：圖 5-6U U 0U i R i RPna221 1 RRRi i i i iL1 i 1 i111 121R1R1RS222即輸出電流i 只受輸入電流i 的控制，而

6、與與負載電阻R 無關。LSLiR轉移電流比 1 L1iRS2為無量綱數(shù)，又稱為電流放大系數(shù)。此電路為浮地聯(lián)接。注：以上四種電路僅供參考，實際電路這里不再一一贅述。三、 實驗設備備注1223可調直流穩(wěn)壓電源可調直流恒流源直流數(shù)字毫安表直流數(shù)字電壓表1111四、 實驗內容驗結果是一樣的。 1、測量受控源 VCVS 的轉移特性U f U ，以及負載特性U f I212L實驗線路如圖 5-7U 為可調直流穩(wěn)壓電源，R 為可調電阻箱。1L圖 5-7（1R 2U 0-6V范圍內取值，L1 測量U 及相應的U U f U 。1221 U V2注：測量的時候，在線性區(qū)域測量 6 個點，轉折區(qū)測量 3 個點，平

7、坦區(qū)測量 3個點 （2U V R 的阻值從1 增至U 和I U f Ik1L2L2L曲線。 12345678910 I mAL 2、測量受控源 VCCS 的轉移特性I f U 及負載特性I f U 。L1L2實驗線路如圖 5-8所示：圖 5-8（1R 2U 0-5V范圍內取值，L1 測量U 及相應的I 值，繪制I f U 曲線，并由線性部分求出轉移電導g 。1LL1m I mAL注：測量的時候，在線性區(qū)域測量 6 個點，轉折區(qū)測量 3 個點，平坦區(qū)測量 3個點 （2U V R 的阻值從增至5kU 和I U f I1L2L2L曲線。 R 012345L I mAL 3、測量受控源 CCVS 的轉

8、移特性U f I 及負載特性U f I 。2s2L實驗線路如圖 5-9所示:圖 5-9（1）固定R 2，調節(jié)直流恒流源輸出電流I ，使其在 00.8mA 范圍內取LS I 及相應的U U f I r 。S22smS U V2注：測量的時候，在線性區(qū)域測量 6 個點，轉折區(qū)測量 3 個點，平坦區(qū)測量 3個點 （2 I mA R 的阻值從增至U 和I U f ISL2L2L曲線。12345678910 I mAL 4、測量受控源 CCCS 的轉移特性I f I 及負載特性I f U .LSL2實驗線路如圖 5-10所示圖 5-10（1）固定R 2，調節(jié)直流恒流源輸出電流I ，使其在 00.8mA

9、范圍內取LS 值，測量I 及相應的I 值，繪制I f I 曲線，并由線性部分求出轉移電流比SLLS。S U V2注：測量的時候，在線性區(qū)域測量 6 個點，轉折區(qū)測量 3 個點，平坦區(qū)測量 3個點 （2 I mA R 的阻值從 0 增至4kU 和I I f USL2LL2曲線。01234LL U V2五、 實驗注意事項1、實驗中，注意運放的輸出端不能與地短接，輸入電壓不得超過 10V。2、用恒流源供電實驗中，不要使恒流源開路。3、使用萬用電表測量電流時，測量結束一定要記得將電流檔換成電壓檔。4、注意儀表的量程的及時更換。六、 實驗報告要求1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)直接計算四種受控源的轉移參數(shù)，剔除非線性區(qū)的數(shù)據(jù)，最終結果表達成X X 的形式。2、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)采用 execl 繪制曲線。3、誤差分析。 1、測量受控源 VCVS 的轉移特性U f U ，21 U V2 負載特性U f I2L 12345678910R 2 I L 2、測量受控源 VCCS的轉移特性I f UL1 U1V I L 負載特性