实验四受控源实验 实验目的 加深对受控源的理解 2.熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法,了解运算放大器的应用: 3.掌握受控源特性的测量方法。 二.实验原理 1.受控源 受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压 分+g或电流控制,因而受控源是双口元件:一个为控制端口,或 称输入端口,输入控制量(电压或电流),另一个为受控端 (a) (b) 口或称输出端口,向外电路提供电压或电流。受控端口的电 压或电流,受控制端口的电压或电流的控制。根据控制变量 9与受控变量的不同组合,受控源可分为四类: (1)电压控制电压源(VCVS),如图8-1(a)所示,其 特性为: 2=4a1 其中:=兰称为转移电压比(即电压放大倍数) (2)电压摔制电流源(VCCS) 如图8-1(b)所示,其特性为 I2=g u 其中:g=2称为转移电导。 (3)电流控將电压源(CCVS) 如图8-1(c)所示,其特性为 其中:r=2称为转移电阻 (4)电流授制电流源(CCCS),如图8-1(d所示,其特性为: +b 2=B4其中:B=2称为转移电流比(即电流放大倍数) 2.用运算放大器组成的受控源 运算放大器的电路符号如图8-2所示,具有两个输入端:同相输入端u+和反相输 入端u一,一个输出端u。,放大倍数为A,则uo=A(a+-u-) 对于理想运算放大器,放大倍数A为∞,输入电阻为∞,输出电阻为0,由此可得出两个特性 ao 特性1:u+=u- 特性2:i+=i-=0。 (1)电压控制电压源(VCVS) 电压控制电压源电路如图8-3所示 R 由运算放大器的特性1可知:u-=-=u1 图8-3
实验四 受控源实验 一．实验目的 1．加深对受控源的理解； 2．熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用； 3．掌握受控源特性的测量方法。 二．实验原理 1．受控源 受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压 或电流控制，因而受控源是双口元件：一个为控制端口，或 称输入端口，输入控制量（电压或电流），另一个为受控端 口或称输出端口，向外电路提供电压或电流。受控端口的电 压或电流，受控制端口的电压或电流的控制。根据控制变量 与受控变量的不同组合，受控源可分为四类： （1）电压控制电压源（VCVS），如图8－1(a)所示，其 特性为： 其中： 称为转移电压比（即电压放大倍数）。 （2）电压控制电流源（VCCS）， 如图8－1(b)所示，其特性为： 其中： 称为转移电导。 （3）电流控制电压源（CCVS） 如图8－1(c)所示，其特性为： 其中： 称为转移电阻。 （4）电流控制电流源（CCCS），如图8－1(d)所示，其特性为： 其中： 称为转移电流比（即电流放大倍数）。 2．用运算放大器组成的受控源 运算放大器的电路符号如图8－2所示，具有两个输入端：同相输入端ｕ＋和反相输 入端ｕ－，一个输出端ｕｏ，放大倍数为A，则ｕｏ＝A（ｕ＋－ｕ－）。 对于理想运算放大器，放大倍数A为∞，输入电阻为∞，输出电阻为0，由此可得出两个特性： 特性1：ｕ＋＝ｕ－； 特性2：ｉ＋＝ｉ－＝０。 （1）电压控制电压源（VCVS） 电压控制电压源电路如图8－3所示。 由运算放大器的特性1可知： 则
由运算放大器的特性2可知:ig1=ig2 代入i、i2得:u2=01+) 可见,运算放大器的输出电压n2受输入电压n1控制,其电路模型如图8 RO 十1(a)所示,转移电压比:=(1+)。 (2)电压控制电流源(VCC) 电压控制电流源电路如图8-4所示。 由运算放大器的特性1可知:u-=-=1 图8-4 则iR R 由运算放大器的特性2可知:i2=i=2 即2只受输入电压u1控制,与负载R无是(实际上要求R1为有限值)。其电路模型如图8-16所示。 R 转移电导为:g-2-1 (3)电流控制电压源CV 电流控制电压源电路如图8-5所示 由运算放大器的特性1可知:u-==02=RXlR 由运算放大器的特性2可知:iR=i1 图8-5 代入上式,得:2=R4 即输出电压n2受输入电流i的控制。其电路模型如图8-1(c)所示。 转移电阻为:r=2=R +D∞ (4)电流控制电流源CCCS) 电流控制电流源电路如图8-6所示。 由运算放大器的特性1可知:a=u=0 R3_ 圉8-6 由运象 的特性2可知:i31=-i1 代入上式,12=-01+-) 即输出电流只受输入电流i的控制。与负载RL无关 的路模型如图8-1(d)所示。转移电流比 6三实验设备 2 1+) 1.直流数字电压表、直流数字电流表 2.恒压源(双路0~30V可调。) 3.恒流源(0~200mA可调) 4.NEEL-24或NEEL-54A或MEEL-04 四.实验任务 1.测试电压控制电流源(VCCS)特性
由运算放大器的特性2可知： 代入 、 得： 可见，运算放大器的输出电压u2受输入电压u1控制，其电路模型如图8－ 1(a)所示，转移电压比： 。 （2）电压控制电流源（VCCS） 电压控制电流源电路如图8－4所示。 由运算放大器的特性1可知： 则 由运算放大器的特性2可知： 即i2只受输入电压u1控制，与负载RL无关（实际上要求RL为有限值）。其电路模型如图8－1(b)所示。 转移电导为： （3）电流控制电压源（CCVS） 电流控制电压源电路如图8－5所示。 由运算放大器的特性1可知： u2=RX iR 由运算放大器的特性2可知： 代入上式，得： 即输出电压u2受输入电流i1的控制。其电路模型如图8－1(c)所示。 转移电阻为： （4）电流控制电流源（CCCS） 电流控制电流源电路如图8－6所示。 由运算放大器的特性1可知： 由运算放大器的特性2可知： 代入上式， 即输出电流i2只受输入电流i1的控制。与负载RL无关。它的电路模型如图8－1(d)所示。转移电流比 三．实验设备 1．直流数字电压表、直流数字电流表 2．恒压源（双路0～30V可调。） 3．恒流源（0~200mA可调） 4．NEEL－24或NEEL—54A或MEEL—04 四．实验任务 1．测试电压控制电流源（VCCS）特性
实验电路如图8-1(b)所示,图中,U1用恒压源的可调电压输出端,i2两端接负载RL=2kΩ2(用电阻箱 (1)测试VCCS的转移特性2=f(U1) 调节恒压源输出电压U1(以电压表读数为准),用电流表测量对应的输出电流/2,将数据记入表8-1中 表8-1VCCS的转移特性数据 0.5 1.5 3.5 4 12/mA (2)测试VCCS的负载特性2=f(R1) 保持U1=2V,负载电阻RL用电阻箱,并调节其大小,用电流表测量对应的输出电流2,将数据记入表8-2 表8-2VCVS的负载特性数据 Ry/kQ2 10 5 3 0.5 0.2 1/m a 2.测试电流控制电压源(CCVS)特性 实验电路如图8-1(c)所示,图中,I1用恒流源,输出U2两端接负载RL=2kΩ(用电阻箱)。 (1)测试CCVS的转移特性U2(U1) 调节恒流源输出电流l1(以电流表读数为准),用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表8-3中 表8-3CCVS的转移特性数据 11/ mA0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 U (2)测试CCVS负载特性U2=f(RL) 保持I1=0.2mA,负载电阻R用电阻箱,并调节其大小,用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表 4中 表8-4CCVS的负载特性数据 Ry/Q2 50 100 150200501k210k 80k 3.测试电压控制电压源(VCVs)特性 电压控制电压源(VCVS)可由电压控制电流源(VCCS)和电流控制电压源(CCVS)串联而成。实验电路 由13-l(b)、(c)构成,将图13-l(b)的输入端u接恒压源的可调输出端,输出端i2与图13-1(c)的输入端相连,图13- 1(c)的输出端a2接负载RL=2kg(用电阻箱) (1)测试VCVS的转移特性U2=f(U1) 调节恒压源输出电压U1(以电压表读数为准),用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表8-5中。 表8-5vCVS的转移特性数据 U1八V 0 2 4 5 U2/V "十 (2)测试vCVS的负载特性U2(R1)
实验电路如图8－1(b)所示，图中，U1用恒压源的可调电压输出端，i2 两端接负载RL＝2kΩ（用电阻箱）。 （1）测试VCCS的转移特性I2=f（U1） 调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表8－1中。 表8－1 VCCS的转移特性数据 U1 /V 0 0.５ １ １.５ ２ ２.５ ３ ３.５ ４ I2 /mA （２）测试VCCS的负载特性I2=f（RL） 保持U1＝2V，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表8－2 中。 表8－2 VCVS的负载特性数据 RL/kΩ 50 20 10 5 3 1 0.5 ０.２ ０.１ I2 /ｍＡ 2．测试电流控制电压源（CCVS）特性 实验电路如图8－1(c)所示，图中，Ｉ1用恒流源，输出U2 两端接负载RL＝2kΩ（用电阻箱）。 （1）测试CCVS的转移特性U2=f（U1） 调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－3中。 表8－3 CCVS的转移特性数据 I1 / mA 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 U2 /V （２）测试CCVS负载特性U２=f（RL） 保持Ｉ1＝0.2mA，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－ 4中。 表8－4 CCVS的负载特性数据 RL/Ω 50 100 150 200 500 1k 2k 10k 80k U2 /Ｖ 3．测试电压控制电压源（VCVS）特性 电压控制电压源（VCVS）可由电压控制电流源（VCCS）和电流控制电压源（CCVS）串联而成。实验电路 由13-1(b)、(c)构成，将图13-1(b)的输入端u1接恒压源的可调输出端，输出端i2 与图13-1 (c)的输入端i1相连，图13- 1(c)的输出端u2 接负载RL＝2kΩ（用电阻箱）。 （1）测试VCVS的转移特性U2=f（U1） 调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－5中。 表8－5 VCVS的转移特性数据 U1 /V 0 1 2 3 4 5 6 7 8 U2 /V （2）测试VCVS的负载特性U2=f（RL）
保持U/1=2V,负载电阻R用电阻箱,并调节其大小,用电压表测量对应的输出电压U2,将数据记入表8-6 表8-6VCvS的负载特性数据 0 1000 2000 U2/V 4.测试电流控制电流源(CCCS)特性 电流控制电流源(CCCS)可由电流控制电压源(CCVS)和电压控制电流源(VCCS)串联而成。实验电路由 13-l(c)、(b)构成,将图13-l(c)的输入端i接恒流源,输出端u2与图13-1(c)的输入端u相连,图13-1(b)的输出端2接 负载R1=2kg2(用电阻箱) (1)测试CCCS的转移特性2(1) 调节恒流源输出电流1(以电流表读数为准),用电流表测量对应的输出电流l,l1、厶2分别用EEL-31组件中 的电流插座5-6和17-18测量,将数据记入表8-7中。 表8-7CCCS的转移特性数据 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 12/mA (2)测试CCCS的负载特性2=f(RL) 保持I1=0.2mA,负载电阻RL用电阻箱,并调节其大小,用电流表测量对应的输出电流/2,将数据记入表8-8 中 表8-8CCCV的负载特性数振 R/9 100 150 200 lk 10k 80k lo/mA 五.实验注意事项 1.用恒流源供电的实验中,不允许恒流源开路 2.运算放大器输出端不能与地短路,输入端电压不宜过高(小于5V)。 六.预习与思考题 1.什么是受控源?了解四种受控源的缩写、电路模型、控制量与被控量的关系; 2.四种受控源中的转移参量μ、g、r和B的意义是什么?如何测得? 3.若受控源控制量的极性反向,试问其输出极性是否发生变化? 4.如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS,它们的输入输出如何连接? 5.了解运算放大器的特性,分析四种受控源实验电路的输入、输出关系 七.实验报告要求 1.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 g、r和B 2.参考实验数据,说明转移参量、g、r和B受电路中哪些参数的影响?如何改变它们的大? 3.回答预习与思考题中的3、4题
保持U1＝2V，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－6 中。 表8－6 VCVS的负载特性数据 RL/Ω 50 70 100 200 300 400 500 1000 2000 U2 /V ４．测试电流控制电流源（CCCS）特性 电流控制电流源（CCCS）可由电流控制电压源（CCVS）和电压控制电流源（VCCS）串联而成。实验电路由 13-1(c)、(b)构成，将图13-1(c)的输入端i1 接恒流源，输出端u2与图13-1 (c)的输入端u1相连，图13-1(b)的输出端i2 接 负载RL＝2kΩ（用电阻箱）。 （1）测试CCCS的转移特性I2=f（I1） 调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），用电流表测量对应的输出电流I2，I1、I2分别用EEL－31组件中 的电流插座5－6和17－18测量，将数据记入表8－7中。 表8－7 CCCS的转移特性数据 I1 /mA 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 I2 /mA （２）测试CCCS的负载特性I２=f（RL） 保持Ｉ1＝0.2mA，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表8－8 中。 表8－8 CCCV的负载特性数据 RL/Ω 50 100 150 200 500 1k 2k 10k 80k I2 /mA 五．实验注意事项 1．用恒流源供电的实验中，不允许恒流源开路； 2．运算放大器输出端不能与地短路，输入端电压不宜过高（小于5V）。 六．预习与思考题 1．什么是受控源？了解四种受控源的缩写、电路模型、控制量与被控量的关系； 2．四种受控源中的转移参量μ、g、r和β的意义是什么？如何测得？ 3．若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？ 4．如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS，它们的输入输出如何连接？ 5．了解运算放大器的特性，分析四种受控源实验电路的输入、输出关系。 七．实验报告要求 1．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μ、 g、r和β； 2．参考实验数据，说明转移参量μ、g、r和β受电路中哪些参数的影响？如何改变它们的大？ 3．回答预习与思考题中的3、4题；