实验七 受控源VCVSVCCSCCVSCCCS的实验研究.docx

1、实验七 受控源VCVSVCCSCCVSCCCS的实验研究实验七 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81所示： 图61 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 u0A0(up-un) 其中A0是运放的开环电压放大倍数，在理想情况下，A0与运

2、放的输入电阻Ri均为无穷大，因此有 upun 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81(b)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

3、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82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Ri0，因而u10）或是开路（即输入电导Gi0，因而输入电流i10），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62 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

4、（1）压控电压源（VCVS） U2f(U1) U2/U1称为转移电压比（或电压增益）。（2）压控电流源（VCCS） I2f(U1) gmI2/U1称为转移电导。（3）流控电压源（CCVS） U2f(I1) rmU2/I1称为转移电阻。 （4）流控电流源（CCCS） I2f(I1) 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83所示图63 由于运放的虚短路特性，有 upunu1 i2 又因运放内阻为 有 i1i2 因此 u2i1R1+i2R2i2(R1+R2)(R1+R2)(1+)u1 即运放的输出电压u2只受输入

5、电压u1的控制与负载RL大小无关，电路模型如图92(a)所示。 转移电压比 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83的R1看成一个负载电阻RL，如图84所示，即成为压控电流源VCCS。图64 此时，运放的输出电流 iLiR 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82(b)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95所示由于运放的“”端接地，所以up0，“”端电压un也为零，此时运放的“”端称为虚

6、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82(c)所示。 转移电阻 （） 此电路为共地联接。图65 （4）流控电流源（CCCS） 如图86所示：图66 ua-i2R2-i1R1 iLi1+i2i1+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82(d)所示 转移电流比 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 010V12 可调直流

7、恒流源 0200mA13 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(U1)及负载特性U2=f(IL) 实验线路如图87。U1为可调直流稳压电源，RL为可调电阻箱。 图67 （1）固定RL2K，调节直流稳压电源输出电压U1，使其在06V范围内取值，测量U1及相应的U2值，绘制U2f(U1)曲线，并由其线性部分求出转移电压比。测量值U1(V)U2(V)实验计算值理论计算值（2）保持U12V，令RL阻值从1K增至，测量U2及IL，绘制U2f(IL)曲线。 RL(K)

8、U2(V)IL(mA) 2测量受控源VCCS的转移特性ILf(U1)及负载特性ILf(U2) 实验线路如图88 图68 （1）固定RL2K，调节直流稳压电源输出电压U1，使其在05V范围内取值。测量U1及相应的IL,绘制ILf(U1)曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。测量值U1(V)IL(mA)实验计算值gm(S)理论计算值gm(S) （2）保持U12V，令RL从0增至5K，测量相应的IL及U2，绘制ILf(U2)曲线。RL(K)IL (mA) U2 (V) 3、测量受控源CCVS的转移特性U2f(IS)及负载特性U2f(IL) 实验线路如图89。IS为可调直流恒流源，RL为可调电阻箱。

9、图69 （1）固定RL2K，调节直流恒流源输出电流IS，使其在00.8mA范围内取值，测量IS及相应的U2值，绘制U2f(IS)曲线，并由其线性部分求出转移电阻rm。测量值IS(mA)U2(V)实验计算值rm(K)理论计算值rm(K)（2）保持IS0.3mA，令RL从1K增至，测量U2及IL值，绘制负载特性曲线U2f(IL)。 RL(K)U2(V)IL(mA)4测量受控源CCCS的转移特性ILf(IS)及负载特性ILf(U2)实验线路如图910。图610 （1）固定RL2K，调节直流恒流源输出电流IS，使其在00.8mA范围内取值，测量IS及相应的IL值，绘制ILf(IS)曲线，并由其线性部分

10、求出转移电流比。测量值IS(mA)IL(mA)实验计算值理论计算值 （2）保持IS0.3mA，令RL从0增至4K，测量IL及U2值，绘制负载特性曲线 IL=f(U2)曲线。 RL(K)IL(mA)U2(V) 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、gm、rm和的意义是什么？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811及图812所示，为由CCVS及VCCS级联后组成的CCCS及VCCS电路联接图。图611图612