实验七-受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究.doc

实验七 受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究一、实验目的 1．了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理. 2．测试受控源转移特性及负载特性.二、原理说明 1．运算放大器〔简称运放〕的电路符号及其等效电路如图8－1所示： 图6－1 运算放大器是一个有源三端器件,它有两个输入端和一个输出端,若信号从"＋"端输入,则输出信号与输入信号相位相同,故称为同相输入端；若信号从"－"端输入,则输出信号与输入信号相位相反,故称为反相输入端.运算放大器的输出电压为u0＝A0 其中A0是运放的开环电压放大倍数,在理想情况下,A0与运放的输入电阻Ri均为无穷大,因此有up＝un 这说明理想运放具有下列三大特征 〔1〕运放的"＋"端与"－"端电位相等,通常称为"虚短路". 〔2〕运放输入端电流为零,即其输入电阻为无穷大. 〔3〕运放的输出电阻为零. 以上三个重要的性质是分析所有具有运放网络的重要依据.要使运放工作,还须接有正、负直流工作电源〔称双电源〕,有的运放可用单电源工作.2、理想运放的电路模型是一个受控源—电压控制电压源〔即VCVS〕,如图8－1所示,在它的外部接入不同的电路元件,可构成四种基本受控源电路,以实现对输入信号的各种模拟运算或模拟变换.3、所谓受控源,是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的.当受控源的电压〔或电流〕与控制支路的电压〔或电流〕成正比时,则该受控源为线性的.根据控制变量与输出变量的不同可分为四类受控源：即电压控制电压源〔VCVS〕、电压控制电流源〔VCCS〕、电流控制电压源〔CCVS〕、电流控制电流源〔CCCS〕.电路符号如图8－2所示.理想受控源的控制支路中只有一个独立变量〔电压或电流〕,另一个变量为零,即从输入口看理想受控源或是短路〔即输入电阻Ri＝0,因而u1＝0〕或是开路〔即输入电导Gi＝0,因而输入电流i1＝0〕,从输出口看,理想受控源或是一个理想电压源或是一个理想电流源.图6－2 4、受控源的控制端与受控端的关系称为转移函数 四种受控源转移函数参量的定义如下 〔1〕压控电压源〔VCVS〕U2＝fμ＝U2/U1称为转移电压比〔或电压增益〕.〔2〕压控电流源〔VCCS〕 I2＝f gm＝I2/U1称为转移电导.〔3〕流控电压源〔CCVS〕 U2＝f rm＝U2/I1称为转移电阻. 〔4〕流控电流源〔CCCS〕 I2＝f α＝I2/I1称为转移电流比〔或电流增益〕. 5、用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析 〔1〕压控电压源〔VCVS〕 如图8－3所示图6－3 由于运放的虚短路特性,有up＝un＝u1 i2＝又因运放内阻为∞ 有 i1＝i2 因此 u2＝i1R1+i2R2＝i2＝＝<1+>u1 即运放的输出电压u2只受输入电压u1的控制与负载RL大小无关,电路模型如图9－2所示. 转移电压比 μ＝μ为无量纲,又称为电压放大系数. 这里的输入、输出有公共接地点,这种联接方式称为共地联接.〔2〕压控电流源〔VCCS〕 将图8－3的R1看成一个负载电阻RL,如图8－4所示,即成为压控电流源VCCS.图6－4 此时,运放的输出电流 iL＝iR＝即运放的输出电流iL只受输入电压u1的控制,与负载RL大小无关.电路模型如图8－2所示. 转移电导 〔S〕 这里的输入、输出无公共接地点,这种联接方式称为浮地联接. 〔3〕流控电压源〔CCVS〕 如图9－5所示由于运放的"＋"端接地,所以up＝0,"－"端电压un也为零,此时运放的"－"端称为虚地点.显然,流过电阻R的电流i1就等于网络的输入电流iS. 此时,运放的输出电压u2＝-i1R＝-iSR,即输出电压u2只受输入电流iS的控制,与负载RL大小无关,电路模型如图8－2所示. 转移电阻 〔Ω〕 此电路为共地联接.图6－5 〔4〕流控电流源〔CCCS〕 如图8－6所示：图6－6ua＝-i2R2＝-i1R1iL＝i1+i2＝i1+i1＝<1+>i1 =<1+>iS即输出电流iL只受输入电流iS的控制,与负载RL大小无关.电路模型如图8－2所示 转移电流比 α＝α为无量纲,又称为电流放大系数. 此电路为浮地联接. 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0～10V12可调直流恒流源0～200mA13直流数字电压表14直流数字毫安表1四、实验内容 本次实验中受控源全部采用直流电源激励,对于交流电源或其它电源激励,实验结果是一样的. 1．测量受控源VCVS的转移特性U2=f及负载特性U2=f实验线路如图8－7.U1为可调直流稳压电源,RL为可调电阻箱. 图6－7〔1〕固定RL＝2KΩ,调节直流稳压电源输出电压U1,使其在0～6V范围内取值,测量U1及相应的U2值,绘制U2＝f曲线,并由其线性部分求出转移电压比μ.测量值U1U2实验计算值μ理论计算值μ〔2〕保持U1＝2V,令RL阻值从1KΩ增至∞,测量U2及IL,绘制U2＝f曲线.RLU2IL 2．测量受控源VCCS的转移特性IL＝f及负载特性IL＝f 实验线路如图8－8图6－8 〔1〕固定RL＝2KΩ,调节直流稳压电源输出电压U1,使其在0～5V范围内取值.测量U1及相应的IL,绘制IL＝f曲线,并由其线性部分求出转移电导gm.测量值U1IL实验计算值gm理论计算值gm〔2〕保持U1＝2V,令RL从0增至5KΩ,测量相应的IL及U2,绘制IL＝f曲线.RLIL U2 3、测量受控源CCVS的转移特性U2＝f及负载特性U2＝f 实验线路如图8－9.IS为可调直流恒流源,RL为可调电阻箱.图6－9 〔1〕固定RL＝2KΩ,调节直流恒流源输出电流IS,使其在0～0.8mA范围内取值,测量IS及相应的U2值,绘制U2＝f曲线,并由其线性部分求出转移电阻rm.测量值ISU2实验计算值rm理论计算值rm〔2〕保持IS＝0.3mA,令RL从1KΩ增至∞,测量U2及IL值,绘制负载特性曲线U2＝f. RLU2IL4．测量受控源CCCS的转移特性IL＝f及负载特性IL＝f实验线路如图9－10.图6－10 〔1〕固定RL＝2KΩ,调节直流恒流源输出电流IS,使其在0～0.8mA范围内取值,测量IS及相应的IL值,绘制IL＝f曲线,并由其线性部分求出转移电流比α.测量值ISIL实验计算值α理论计算值α 〔2〕保持IS＝0.3mA,令RL从0增至4KΩ,测量IL及U2值,绘制负载特性曲线 IL=f曲线. RLILU2五、实验注意事项 1．实验中,注意运放的输出端不能与地短接,输入电压不得超过10V. 2．在用恒流源供电的实验中,不要使恒流源负载开路.六、预习思考题 1．参阅有关运算放大器和受控源的基本理论.2．受控源与独立源相比有何异同点？ 3．试比较四种受控源的代号、电路模型,控制量与被控制量之间的关系. 4．四种受控源中的μ、gm、rm和α的意义是什么？如何测得？ 5．若令受控源的控制量极性反向,试问其输出量极性是否发生变化？ 6．受控源的输出特性是否适于交流信号.七、实验报告 1．对有关的预习思考题作必要的回答. 2．根据实验数据,在方格纸上分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线,并求出相应的转移参量. 3．对实验的结果作出合理地分析和结论,总结对四类受控源的认识和理解. 4．心得体会及其它.注：不同类型的受控源可以进行级联以形成等效的另一类型的受控源.如受控源CCVS与VCCS进行适当的联接可组成CCCS或VCVS. 如图8－11及图8－12所示,为由CCVS及VCCS级联后组成的CCCS及VCCS电路联接图.图6－11图6－126 / 6。