試驗七-受控源VCVSVCCSCCVSCCCS的試驗研究

1、實驗七-受控源VCVS VCCSCCVS CCCS勺實驗研究實驗七受控源VCVS VCCS CCVS CCC的實驗研究一、實驗目的1 了解用運算放大器組成四種類型受控源的線路原理。2 測試受控源轉(zhuǎn)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8- 1所示: 還須接有正、負直流工作電源（稱雙電源），有的運放可用單電源工作圖6-1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u0

2、= Ao(u p-u n)其中Ao是運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，在理想情況下,A與運放的輸入電阻R均為無窮大，因此有up = UnUpRpUnRn這說明理想運放具有下列三大特征(1)運放的“ + ”端與“-”端電位相等，通常稱為“虛短路”(2)運放輸入端電流為零，即其輸入電阻為無窮大(3)運放的輸出電阻為零以上三個重要的性質(zhì)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 一電壓控制電壓源（即VCVS，如圖 81（b）所示，在它的外部接入不同的電路元件，可構(gòu)成四種基本受控源電路， 以實現(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電流

3、是受電路另一支路的電壓或 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分為四類受控 源：即電壓控制電壓源（VCVS、電壓控制電流源（VCCS、電流控制電壓源（CCVS、電流控制電流源（CCCS。電路符號如圖8 2所示。理想受控源的 控制支路中只有一個獨立變量（電壓或電流），另一個變量為零，即從輸入口 看理想受控源或是短路（即輸入電阻 R二0,因而ui = 0）或是開路（即輸入電導 G二0,因而輸入電流ii= 0）,從輸出口看，理想受控源或是一個理想電壓源或 是一個理想電流源。圖6 24 、受控源的控制端與受控端的

4、關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)四種受控源轉(zhuǎn)移函數(shù)參量的定義如下（1）壓控電壓源（VCVSU2 = f（U 1）卩=U2/U淋為轉(zhuǎn)移電壓比（或電壓增益）（2）壓控電流源（VCCSI 2= f（U 1）gm= I 2/Ul稱為轉(zhuǎn)移電導。U 2= f(l i) rm U2/I i稱為轉(zhuǎn)移電阻(4)流控電流源(CCCSI2 = f(l i)a = 12/I 1稱為轉(zhuǎn)移電流比(或電流增益)5 、用運放構(gòu)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8-3所示圖6-3 由于運放的虛短路特性，有Unuiup= Un= Ui i 2 =R2R2又因運放內(nèi)阻為x有i i= i 2因此u2= i iRi+i

5、2艮=i 2（Ri+R）=（R 汁R） = （i +R2RiR2）Ui即運放的輸出電壓U2只受輸入電壓ui的控制與負載R大小無關(guān)，電路模型如 圖9- 2(a)所示。u2R1轉(zhuǎn)移電壓比 卩=一 1 一u1R2卩為無量綱，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8-3的R看成一個負載電阻R,如圖8-4 所示，即成為壓控電流源VCCS圖6-4此時，運放的輸出電流UnU1i L= i R= RR即運放的輸出電流i l只受輸入電壓ui的控制，與負載RL大小無關(guān)。電路模型 如圖8-2(b)所示。ii轉(zhuǎn)移電導gm - (S)u1R這里的輸入

6、、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9-5所示由于運放的“ + ”端接地，所以 Up= 0,“ ”端電壓Un也為零，此時運放 的“”端稱為虛地點。顯然，流過電阻 R的電流i 1就等于網(wǎng)絡的輸入電流is。此時，運放的輸出電壓U2 = -i限=-i sR,即輸出電壓U2只受輸入電流i s的控制, 與負載R大小無關(guān)，電路模型如圖8 2(c)所示。轉(zhuǎn)移電阻rmU2R (Q)此電路為共地聯(lián)接(4)c圖6-5流控電流源（CCCS 如圖8-6所示:圖6-6a = -i 2艮=-i 1R1l = i 1+i 2= i 1+ i Rz(1+Rl)i i =(1 +R2

7、勺)i sR2即輸出電流iL只受輸入電流is的控制，與負載R大小無關(guān)。電路模型如圖82(d)所示轉(zhuǎn)移電流比i La=i s(1 RR2a為無量綱，又稱為電流放大系數(shù) 此電路為浮地聯(lián)接。二、實驗設備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0 10V12可調(diào)直流恒流源0 200mA13直流數(shù)子電壓表14直流數(shù)字毫安表1四、實驗內(nèi)容本次實驗中受控源全部采用直流電源激勵，對于交流電源或其它電源激勵, 實驗結(jié)果是一樣的。1 測量受控源VCVS勺轉(zhuǎn)移特性U2=f(U 1)及負載特性U2=f(l L)實驗線路如圖8- 7。U為可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，R為可調(diào)電阻箱。圖6- 7(1)固定2KQ,調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源

8、輸出電壓 U,使其在06V范圍內(nèi)取值, 測量U及相應的U2值，繪制U2= f(U i)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電壓比卩。測量值U(V)U(v)實驗計算值理論計算值1(2)保持U = 2V,令R阻值從1KQ增至,測量U2及II,繪制L2 = f(l l)曲線R(K Q)u(v)l L(mA)2 測量受控源VCCS勺轉(zhuǎn)移特性Il = f(U i)及負載特性I l=f(U 2) 實驗線路如圖8-8ot 0 >_圖6-8(1)固定2KQ,調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓 U,使其在05V范圍內(nèi)取 值。測量U及相應的I L,繪制| L= f(U 1)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電導gm。測量值U1(V

9、)I L(mA)實驗計算值gMS)理論計算值ge(2)保持U= 2V,令RL從0增至5KQ,測量相應的I l及U2,繪制I l=f(U 2)曲線Rl(K Q)IL (mA)U2 (V)3 、測量受控源CCVS勺轉(zhuǎn)移特性U2 = f(I s)及負載特性12 = f(I l)實驗線路如圖8- 9。Is為可調(diào)直流恒流源，R為可調(diào)電阻箱。圖6-9(1)固定Rl= 2KQ,調(diào)節(jié)直流恒流源輸出電流Is,使其在00.8mA范圍內(nèi)取值，測量Is及相應的U值，繪制12= f(lS)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電阻rm。測量值I s(mA)U2(V)實驗計算值-m；K q )理論計算值-m；K q )(2)保持l

10、s= 0.3mA,令R從1KQ增至X,測量U2及I l值，繪制負載特性曲 線 L2 = f(l l)。R_(K Q)U2(V)I L(mA)4.測量受控源CCC的轉(zhuǎn)移特性IL = f(l s)及負載特性I L= f(U 2) 實驗線路如圖9- 10。圖 6- 10(1)固定Rl= 2KQ,調(diào)節(jié)直流恒流源輸出電流Is,使其在00.8mA范圍內(nèi)取值，測量Is及相應的Il值，繪制Il= f(I s)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電流O測量值I s(mA)I L(mA)實驗計算值a理論計算值a(2)保持ls= 0.3mA令FL從0增至4KQ,測量I及U2值，繪制負載特性曲線I L=f(U 2)曲線。Rl

11、(K Q)I L(mA)U2(V)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 在用恒流源供電的實驗中，不要使恒流源負載開路。六、預習思考題1 參閱有關(guān)運算放大器和受控源的基本理論。2受控源與獨立源相比有何異同點？3 試比較四種受控源的代號、電路模型，控制量與被控制量之間的關(guān)系。4 .四種受控源中的卩、gm、rm和a的意義是什么？如何測得？5 .若令受控源的控制量極性反向，試問其輸出量極性是否發(fā)生變化？6 .受控源的輸出特性是否適于交流信號。七、實驗報告1 .對有關(guān)的預習思考題作必要的回答。2 .根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在方格紙上分別繪出四種受控源的轉(zhuǎn)移特性和負載特性 曲線，并求出相應的轉(zhuǎn)