上海交通大學(xué)運(yùn)算放大器及受控電源

運(yùn)算放大器與受控電源實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚?duì)受控電源的理解

。學(xué)習(xí)運(yùn)算放大器的使用方法，形成有源器件的概念

。測(cè)量電壓控制型電流源和電壓源，電流控制型電流源和電壓源的特性。實(shí)驗(yàn)原理電壓控制型電壓源（VCVS）：

由于運(yùn)算放大器的輸入端“+”、“?”為虛短路，所以又由于運(yùn)算放大器的虛斷特性，故有：考慮以上關(guān)系有：

即運(yùn)算放大器的輸出電壓u2受輸入電壓u1的控制，其電壓比為：，

稱(chēng)為電壓放大系數(shù)。該電路是一個(gè)同相比例放大器。電壓控制型電壓源模型電壓控制型電壓源電路電壓控制型電流源VCCS:

運(yùn)算放大器輸出電流為，即只受輸入電壓控制，與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)（實(shí)際上為有限值）。轉(zhuǎn)移電導(dǎo)為：。輸入、輸出無(wú)公共接地點(diǎn)，這種聯(lián)接方式稱(chēng)為浮地聯(lián)接。電壓控制型電流源電壓控制型電流源電流控制型電流源（CCVS）:

由于運(yùn)算放大器的“虛地”特性，流過(guò)電阻R的電流即為輸入電流i1。運(yùn)算放大器的輸出電壓為，即輸出電壓u2受輸入電流i1控制。轉(zhuǎn)移電阻為：電流控制型電壓源模型電流控制型電壓源電路電流控制型電流源（CCCS）:

運(yùn)算放大電路如圖5.2.9（a）所示。由于正相輸入端“+”接地，“－”端虛地，電路中d點(diǎn)的電壓為，電流為，輸出端電流，即輸出電流i2受輸入電流i1控制，與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)。輸出電流比為。電流控制電流源模型電流控制電流源電路實(shí)驗(yàn)儀器雙路穩(wěn)壓電源 1臺(tái)有源電路實(shí)驗(yàn)板1塊直流電流表 2只數(shù)字萬(wàn)用表 1只可調(diào)電阻箱 1只

雙路穩(wěn)壓電源電路實(shí)驗(yàn)板直流電流表數(shù)字萬(wàn)用表可調(diào)電阻箱實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖5.2.10測(cè)定電壓控制型電壓源的特性。（1）給R1=R2=2kΩ定，按照表5.2.1測(cè)定VCVS性能，并計(jì)算μ。給定值u1/V0.51.01.52.02.5VCVS測(cè)試值u1/V實(shí)測(cè)測(cè)試值u2/V計(jì)算值表5.2.1圖5.2.10VCVS實(shí)驗(yàn)電路

（2）在輸出端接入可調(diào)RL電阻箱，改變阻值，

u1=1.0V，測(cè)量電壓控制型電壓源的輸出電壓。給定值RL/Ω1k2k4k8kVCVS測(cè)試值u2/V按圖5.2.11測(cè)定電壓控制型電流源的特性。給定u1=2V，R=2kΩ，RL接可調(diào)電阻箱，按照下表測(cè)定VCCS性能，并計(jì)算。實(shí)測(cè)給定值RL/V1k2k3k4k5kVCCS測(cè)試值i2/mA計(jì)算值圖5.2.11VCCS實(shí)驗(yàn)電路

給定RL=5kΩ，R=2kΩ

，改變u1/V

。給定值u1/V1.02.03.04.05.0VCCS測(cè)試值u1/V測(cè)試值i2/mA計(jì)算值按圖5.2.12測(cè)定電流控制型電壓源的特性給定，測(cè)定電流控制型電壓源性能，并計(jì)算。實(shí)測(cè)給定值R1/Ω1k2k3k4k5k測(cè)試值i1/mAu2/V計(jì)算值圖5.2.12CCVS實(shí)驗(yàn)電路將R1改為固定電阻2kΩ，，在 輸出端接入可調(diào)變阻箱RL

給定值RL/Ω1k2k4k8kCCVS測(cè)試值i1/mAu2/V按圖5.2.13測(cè)定電流控制型電流源的特性。給定u1=2.0V，R1=R2=R3=2kΩ

，測(cè)定RL由0～3kΩ

變化時(shí)，i1、u2

的值。（由此算得i2

值），并計(jì)算β

。圖5.2.13CCCS實(shí)驗(yàn)電路給定值RL/Ω1k2k3ku1=2.0V，R1=R2=R3=2kΩ測(cè)試值RL/Ωi1/mAu2/V計(jì)算值i2/mAβ實(shí)測(cè)令RL=2kΩ，R1接可調(diào)電阻箱，測(cè)量電流控制型 電流源的特性給定值R1/Ω1k2k4k8kCCCS測(cè)試值i1/mAi2/mAu2/V實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)算各受控源的、、和。分析各受控源的伏安特性。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電壓控制型電壓源：輸出端的電壓隨輸入端的電壓變化而變化。電壓控制型電流源：輸出端的電流隨輸入端的電壓變化面變化。電流控制型電壓源：輸出端的電壓受輸入端電流控制。電流控制型電流源：輸出端的電流受輸入端的流控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析電壓控制型電壓源電路中的R1和電流控制型電壓源中的R對(duì)受控電源的參數(shù)起著什么作用？答：R1越大電壓控制型電壓源的電壓放大系數(shù)越大。R越大電流控制型電壓源的轉(zhuǎn)移電阻越大。

在有源電路實(shí)驗(yàn)中，影響測(cè)試精度的主要因素是什么？答：影響高度精度的主要因素：電路中電阻的精度。為什么輸入電壓或電流要在規(guī)定的范圍內(nèi)？答：使運(yùn)算放大器工作在線性放大區(qū)域。實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)預(yù)習(xí)要求 相關(guān)知識(shí)點(diǎn) 注意事項(xiàng)

預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)運(yùn)算放大器的工作原理和使用方法預(yù)習(xí)正、負(fù)電源的連接方法預(yù)習(xí)四種受控電源的基本原理及特性相關(guān)知識(shí)點(diǎn)電路和電路元件的分類(lèi)

受控電源

注意事項(xiàng)在做此實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)檢查運(yùn)算放大器是否正常工作。運(yùn)算放大器輸出端不能與地短路，且輸出電壓不宜過(guò)高（應(yīng)小于10V）。運(yùn)算放大器外部電路需要改接時(shí)（包括改變負(fù)載電阻的阻值），應(yīng)當(dāng)先切斷供電電源是否正常。實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚?duì)受控電源的理解。學(xué)習(xí)運(yùn)算放大器的使用方法，形成有源器件的概念。測(cè)量電壓控制型電壓源和電流源，電流控制型電壓源和電流源的特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容電壓控制型電壓源的特性。測(cè)定電壓控制型電流源的特性。測(cè)定電流控制型電壓源的特性。測(cè)定電流控制型電流源的特性。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備 雙路穩(wěn)壓電源1臺(tái) 電路實(shí)驗(yàn)板1塊 直流電流表2只 數(shù)字萬(wàn)用表1只四、實(shí)驗(yàn)用詳細(xì)電路圖電壓控制電壓源2.電壓控制型電流源3.電流控制型電壓源電路4.電流控制電流源模型五、實(shí)驗(yàn)有關(guān)原理，所應(yīng)用的公式1.受控電源是多端元件，具有一個(gè)以上支路，而且元件中一個(gè)支路上的支路電壓或電流受到其他支路的電壓或電流控制。受控電源可分為四類(lèi)：電壓控制型電壓源VCVS：電壓控制型電流源VCCS：電流控制型電壓源CCVS：電流控制型電流源CCCS：2.在運(yùn)算放大器外部接以不同的電阻器所構(gòu)成的電路，可以實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的受控電源。（1）VCVS： 運(yùn)算放大器的輸出電壓u2受輸入電壓u1的控制，其電壓比為：，稱(chēng)為電壓放大系數(shù)。該電路是一個(gè)同相比例放大器。

（2）VCCS： 運(yùn)算放大器輸出電流i2只受輸入電壓u1控制，與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)（實(shí)際上RL為有限值）。轉(zhuǎn)移電導(dǎo)為：。該電路輸入、輸出無(wú)公共接地點(diǎn)，這種聯(lián)接方式稱(chēng)為浮地聯(lián)接。（3）CCVS： 由于運(yùn)算放大器的“虛地”特性，流過(guò)電阻R的電流即為輸入電流i1。運(yùn)算放大器的輸出電壓為u2=－i1R，即輸出電壓u2受輸入電流i1控制。轉(zhuǎn)移電阻為：。（4）CCCS： 運(yùn)算放大器的輸出電流i2受輸入電流i1控制，與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)。輸出電流比為六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄測(cè)定電壓控制型電壓源的特性。 給定R1=R2=1kΩ，測(cè)定VCVS性能，并計(jì)算μ實(shí)測(cè)給定值u1/V0.51.01.52.02.5VCVS測(cè)試值u1/V0.5151.0031.4772.0732.556測(cè)試值u2/V1.0272.0072.9504.1355.101計(jì)算值μ1.9942.0012.0071.9951.996在輸出端接入可調(diào)電阻箱RL，改變阻值

給定值RL/Ω1k2k4k8kVCVS測(cè)試值u2/V2.0212.0002.0122.0202.測(cè)定電壓控制型電流源的特性。 （1）給定，RL接可調(diào)電阻箱，并計(jì)算。實(shí)測(cè)給定值RL/Ω1k2k3k4k5kVCCS測(cè)試值i2/mA1.01.01.01.01.0計(jì)算值0.50.50.50.50.5（2）給定。給定值u1/V1.02.03.0VCCS測(cè)試值u1/V1.022.002.98測(cè)試值i2/mA0.511.001.50計(jì)算值0.50.50.5，改變u13.測(cè)定電流控制型電壓源的特性。 (1)給定u1=3.0V，R=2kΩ，測(cè)定CCVS性能，并計(jì)算。實(shí)測(cè)給定值RL/Ω1k2k3k4k5k測(cè)試值i1/mA3.071.541.030.780.62u2/V-6.175-3.090-2.061-1.587-1.238計(jì)算值-2.01-2.0-2.0-2.03-2.0(2)將R1換為固定電阻2kΩ，，在輸出端接入可調(diào)變阻箱RL

。給定值RL/Ω5002k4k8kCCVS測(cè)試值i1/mA1.541.541.551.55u2/V-3.082-3.089-3.086-3.0854.測(cè)定電流控制型電流源的特性，(1)給定，測(cè)定RL由變化時(shí)i1、u2（由此算得i2）值，并計(jì)算。實(shí)測(cè)給定值RL/Ω1k2k3k測(cè)試值RL/Ω1.01k2.01k3.02ki1/mA0.980.980.98u2/V1.9453.8895.833計(jì)算值i2/mA1.9451.941.94β1.981.981.98給定值RL/Ω2k4k8kCCCS測(cè)試值i1/mA1.00.50.25i2/mA2.051.050.52u2/V4.0392.0281.016(2)令，R1接可調(diào)電阻箱。