實驗四-運算放大器與受控源(共7頁)

1、實驗四運算放大器與受控源一、 實驗?zāi)康? .加深對受控電源的認(rèn)識和理解。2 .通過實驗熟悉運算放大器的使用，形成有源器件的概念。3 .掌握測試受控源的外特性、轉(zhuǎn)移參數(shù)及負(fù)載特性的方法。二、實驗原理簡述運算放大器是一種高增益， 高輸入阻抗和低輸出阻抗的放大器， 常用圖4.1 (a)所示電 路符號來表示。它有兩個輸入端，一個輸出端和一個對輸入和輸出信號的參考接地端。“ + ”端為正相輸入端，當(dāng)信號從正相輸入端輸入時，輸出信號與輸入信號極性相同；”為反向輸入端，當(dāng)信號從反向輸入端輸入時，輸出信號與輸入信號極性相反。(a)(b)圖4.1運算放大器的電路符號及等效電路當(dāng)兩輸入端同時有電壓作用時，輸出電壓

2、UoAo(Up Un)其中Ao稱為運算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)。理想情況下，Ao和輸入電阻Rin為無窮大,因此有：Up UnUPU nRin上述式子表明：(1)運算放大器端與“”端電位相等，通常稱為“虛短路”；(2)運算放大器的輸入端電流等于零，通常稱為“虛斷路” ；(3)理想運算放大器的輸出電阻很小，可以認(rèn)為是零。這些重要性質(zhì)是簡化分析含有運算放大器網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)。運算放大器的電路模型為一受控電源，如圖4.1 (b)所示。在它的外部接入不同的電源元件，可以實現(xiàn)信號的模擬運算或模擬變換，它的應(yīng)用極其廣泛。含有運算放大器的電 路是一種有源網(wǎng)絡(luò)，本次實驗將要研究由運算放大器組成的幾種基本線性受控電源電路。

3、(i)圖4.2 (a)所示是一個由運算放大器構(gòu)成的電壓控制電壓源( VCVS)。由于運算放大器的同相輸入端“ + ”和反相輸出端“”為“虛短路”Un UiHi又因所以+D3十(a)圖4.2VCVSi R2U nR2iRi i R2U2 gR iR2R2 iR2(Ri R2)UiR2UiR2(RiR2)(1RiR2)Ui即運算放大器的輸出電壓 u2受輸入電壓U1控制，其電壓比為R2U2Ui無量綱，又稱為電壓放大系數(shù)。該電路是一個正相比例放大器，其輸入和輸出端有 公共接地點，這種連接方式稱為共地連接。(2)將圖4.3 (a)電路中的R1看作一只負(fù)載電阻，這個電阻就成為一個電壓控制型電流源(VCCS

4、),如圖4.3 (b)所示。運算放大器的輸出電流i2iRUnU1R即i2只受運算放大器輸入電壓 ui的控制，與負(fù)載電阻 Rl無關(guān)。比例系數(shù)七 1u1Rg稱為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。(3)簡單的電流控制電壓源的電路如圖4.4 (a)。由于運算放大器的“ +”端接地，即u p un 0,流過電阻R的電流即為輸入端口的電流i1。運算放大器的輸出電壓U2 Rii ,它受電流ii控制，比例系數(shù)U2iir稱為轉(zhuǎn)移電阻。圖4.5 CCCS圖 4.4 CCVSCCCS),如圖 4.5 (a)所示。(4)運算放大器還可以構(gòu)成一個電流控制電流源(a)(b)由于Uai R1 R2所以iR2UaR3i R 1 R3i2 iRiRi

5、1igi1(1當(dāng)21R3R即輸出電流i2受網(wǎng)絡(luò)輸入端口電流i1控制，與負(fù)載電阻 Rl無關(guān)，其電流比為圖4.6 電壓控制電壓源（VCVS ）Un U1i2 iRR Ri2R2a - 1 i1R3a稱為電流放大系數(shù)。三、實驗儀器設(shè)備及元器件1 . 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源2 . 數(shù)字式直流毫安表3 .數(shù)字萬用表4 .集成運算放大器4741,電阻元件、受控源特性研究專用實驗板四、預(yù)習(xí)及思考1. 預(yù)習(xí)受控源的內(nèi)容，分析受控源和獨立源的區(qū)別；閱讀實驗原理。2. 根據(jù)實驗內(nèi)容中的受控源電路原理圖，按照給定元件的參數(shù)， 進(jìn)行分析計算，求出各受控源參數(shù) p g、x 3值。并理解 四、g、v 3的含義。五、實驗內(nèi)容與要

6、求利用運算放大器構(gòu)成的受控源（VCVS、 VCCS、 CCVS、 CCCS）分別如圖4.6、圖4.7、圖4.8和圖4.9所示，分別求出其 轉(zhuǎn)移電壓比（電壓增益） 2轉(zhuǎn)移電導(dǎo)g、轉(zhuǎn)移 電阻丫和轉(zhuǎn)移電流比（電流增益） 31. 電壓控制電壓源（VCVS ）按圖4.6所示接線。R2 Rf 10K 。 受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性U2 f (Ui) o Rl 2K ，開關(guān)K閉合(不接入電流表)按照表4.1的要求，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓Ui,記錄相應(yīng)的U2的值。注意：不能使穩(wěn)壓直流電源的輸出短路。表4,1Ui/V0i2345678U2/V(2)受控源VCVS的負(fù)載特性。開關(guān)K打開，接入電流表。調(diào)節(jié)并保持U

7、i 2V,按照表4.2所示的要求，改變負(fù)載電阻Rl的值，完成相應(yīng)測量內(nèi)容。表4,2Rl/Q50i002003004005i0600800i000U2/V12/mA2.電壓控制電流源(VCCS)圖4.7 電壓控制電流源(VCCS)按圖4,7所示接線。R210K 。受控源VCCS 的轉(zhuǎn)移特性I2 f(Ui)。Rl 2K ，開關(guān) K 閉合(不接入電流表)。按照表4.3的 要求，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓Ui,記錄相應(yīng)的I2的值。表4,3Ui/V0i23456783mA(2)受控源VCCS的負(fù)載特性I2 f(U2)。開關(guān)K打開，接入電流表。調(diào)節(jié)并保持Ui 2V,按照表4,4所示的要求，改變負(fù)載電阻Rl

8、的值，完成相應(yīng)測量內(nèi)容。表4.4Rl/K Q5020i5i05.i3i0.5i0.2U2/V|2/mA3.電流控制電壓源(CCVS)按圖 4.8 所示接線。Ri iK , R2 5i0 , RF iK+15V圖4.8電流控制電壓源（CCVS）（1 ）受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性U2 f（Ii）。Rl 2K ，開關(guān) K 閉合 （不接入電流表）。按照表4.5的要求，調(diào) 節(jié)直流電流源的輸出電流 Is （即Ii）,記錄 相應(yīng)的U2的值。注意：不能使直流電流源的負(fù)載短路。表4.511/mA056789101112U2/V（2）受控源CCVS的負(fù)載特性。開關(guān) K打開，接入電流表。調(diào)節(jié)并保持Ii 7mA不變。按

9、照表4.6所示的要求，改變負(fù)載電阻RL的值，完成相應(yīng)測量內(nèi)容。表4.6Rl/Q501001502005101K8K10K80KU2/V12/mA圖4.9電流控制電流源（CCCS）4.電流控制電流源（CCCS）按圖4.9所示接線。R110K,R26.8K , RF R 20K 。（1 ）受控源CCCS的轉(zhuǎn)移特性12 f （I1） o Rl 300 ，開關(guān) K 斷開（接 入電流表）。按照表4.7的要求，調(diào)節(jié)直流電 流源的輸出電流Is （即11）,記錄相應(yīng)的U2的 值。注意：不能使直流電流源的負(fù)載短路。表4.711/mA0510152025303540U2/V（2）受控源CCCS的負(fù)載特性。開關(guān) K打開，接入電流表。調(diào)節(jié)并保持11 7mA不變。按照表4.8所示的要求，改變負(fù)載電阻 RL的值，完成相應(yīng)測量內(nèi)容。表4.8Rl/Q01002003005106801K2K10KU2/V3mA六、實驗注意事項1 .電壓控制電壓源電路中注意直流穩(wěn)壓電源的輸出不可短路。2 .電流控制電壓源電路中注意直流電流源的輸出不可開路。七、實驗總結(jié)及思考1 .根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，分別繪制出四種受控源（ VCVS、VCCS、CCVS、CCCS） 的轉(zhuǎn)移特性和負(fù)載特性曲線。2 .根據(jù)各受控源的轉(zhuǎn)移特性曲線的線性部分求出其轉(zhuǎn)移參數(shù)p g、r 3