實驗五 受控源

實驗五受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS

的實驗研究一、實驗目的1、了解用運算放大器組成四種類型受控源的線路原理。2、測試受控源轉(zhuǎn)移特性及負載特性。二、原理說明1、電源有獨立電源(如電池、發(fā)電機等)與非獨立電源(或稱為受控源)之分。受控源與獨立源的不同點是：獨立源向外電路提供的電壓或電流是某一固定的數(shù)值或是時間的某一函數(shù)，它不隨電路其余部分的狀態(tài)而變。而受控源向外電路提供的電壓或電流則是受電路中另一支路的電壓或電流所控制的一種電源。受控源又與無源元件不同，無源元件兩端的電壓和它自身的電流有一定的函數(shù)關系，而受控源的輸出電壓或電流則和另一支路(或元件)的電流或電壓有某種函數(shù)關系。圖5-12、獨立源與無源元件是二端器件，受控源則是四端器件，或稱為雙口元件。它有一對輸入端(U]、I])和一對輸出端(U2、I2)。輸入端可以控制輸出端電壓或電流的大小。施加于輸入端的控制量可以是電壓或電流，因而有兩種受控電壓源(即電壓控制電壓源VCVS和電流控制電壓源CCVS)和兩種受控電流源(即電壓控制電流源VCCS和電流控制電流源CCCS)。它們的示意圖見圖5-1。4、受控源的控制端與受控端的關系式稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。四種受控源的轉(zhuǎn)移函數(shù)參量的定義如下：壓控電壓源(VCVS)：U2=f(U])，M=U2/U]稱為轉(zhuǎn)移電壓比(或電壓增益)。壓控電流源(VCCS)：I2=f(U1)，g=I2/U1稱為轉(zhuǎn)移電導。流控電壓源(CCVS)：U2=f(I1)，r=U2/I1稱為轉(zhuǎn)移電阻。流控電流源(CCCS)：I2=f(I1)，p=I2/I1稱為轉(zhuǎn)移電流比(或電流增益)。用運放構成四種類型基本受控源的線路原理分析⑴壓控電壓源(VCVS)如圖5—2所示。圖5—2由于運放的虛短路特性，有：u=u=ui=U-="1+-12RR又因運放的輸入電阻為8有"=i2...,、",、八R、因此u=iR+iR=i(R+R)=卜(R+R)=(1+—)u21122212R12R1即運放的輸出電壓u2只受輸入電壓％的控制，與負載Rl大小無關。電路模型如圖5—1(a)所示。轉(zhuǎn)移電壓比R=匕=1+RuR以為無量綱，又稱為電壓放大系數(shù)。這里的輸入、輸出有公共接地點，這種聯(lián)接方式稱為共地聯(lián)接。(2)壓控電流源(VCCS)如圖5—3所示。圖5—3此時，運放的輸出電流：??uu乙—R—~R—R即運放的輸出電流iL只受輸入電壓u1的控制，與負載Rl大小無關。電路模型如圖5—1(b)所示。轉(zhuǎn)移電導g=?=—(S)u1R這里的輸入、輸出無公共接地點，這種聯(lián)接方式稱為浮地聯(lián)接。(3)流控電壓源(CCVS)如圖5—4所示

圖5—4由于運放的“+”端接地，所以u+=0,“一”端電壓u_也為零，此時運放的“一”端稱為虛地點。顯然，流過電阻R的電流i就等于網(wǎng)絡的輸入電流iS。此時，運放的輸出電壓u2=-i1R—R，即輸出電壓u2只受輸入電流iS的控制，與負載RL大小無關。電路模型如圖5-1（c）所示。轉(zhuǎn)移電阻r=%=R（O）is此電路為共地聯(lián)接。（4）流控電流源（CCCS）如圖5—5所示u=-iR=-iRa221u=-iR=-iRa2211i=i+i=i+—i="1+￥="1+R]iL121R12〔RJ12RskR2J，與負載Rl大小無關。電路模型如圖5-1（d）所示。即輸出電流iL只受輸入電流iS的控制i轉(zhuǎn)移電流比P=,is0為無量綱，又稱為電流放大系數(shù)。此電路為浮地聯(lián)接。與負載Rl大小無關。電路模型如圖5-1（d）所示。三、實驗設備1、萬用表2、RXDI--1型電路原理實驗箱四、實驗內(nèi)容1、測量受控源VCCS的轉(zhuǎn)移特性IL=f（U1）及負載特性IL=f（U2）。實驗線路如圖5-6。U1用可調(diào)直流穩(wěn)壓電源。VCCS圖5-6固定Rl=2KQ，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U「使其在0?8V范圍內(nèi)取值。測出相應的IL值，繪制IL=f(U])曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電導g。U1(V)IL(mA)保持U1=4V，令Rl從0增至10KQ，測出相應的IL及U2，繪制IL=f(U2)曲線。rl(kq)IL(mA)U2(V)注意：(1)實驗時將可調(diào)穩(wěn)壓電源負極與±12V電源公共地(GND)用實驗導線連接到一起。輸入電壓不得超過10V，以免損壞運放電路。運算放大器是有源元件，需接12v直流電源才能工作。2、測量受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性U2=f(Is)與負載特性U2=f(IL)。實驗線路如圖5-7,IS用可調(diào)直流恒流源。(1)固定Rl=2KQ，調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流Is，使其在0?8mA范圍內(nèi)取值。測出U2，繪制U2=f(Is)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電阻r。

Is(mA)U2(V)(2)保持Is=3mA,令Rl從1KQ增至8,測出U2及IL，繪制負載特性曲線U2=f(IL)。rl(KQ)U2(V)IL(mA)注意：實驗時將可調(diào)直流恒流源負極與±12V電源公共地(GND)用實驗導線連接到一起。3、根據(jù)不同類型的受控源可以進行級聯(lián)，以形成等效的另一類型的受控源，如受控源CCVS與VCCS進行適當?shù)穆?lián)接組成CCCS,如圖5-8所示，其等效電路如圖5-9所示。圖5-8圖5-9(1)測量受控源CCCS的轉(zhuǎn)移特性IL=f(Is)及負載特性IL=f(U2)，實驗線路如圖5-8。注意：級聯(lián)實驗注意連線，前級CCVS連線如圖5-7所示，所不同的是，其輸出端不僅要接電阻，而且還要將其輸出端用導線連接到VCCS的輸入端。VCCS輸出端的接法如圖5-6所示。實驗時注意CCVS輸出電壓的極性，可以根據(jù)實驗情況倒換極性。

IS(mA)IL(mA)（2）保持Is=1mA,令Rl從0增至4KQ，測量IL及U2值，繪制IL=f（U2）曲線。Rl(KQ)IL(mA)U2（V）4、受控源VCCS與CCVS進行適當?shù)穆?lián)接組成VCVS,如圖5-10所示，等效電路如圖5-11所示。測量受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性U2=f（u1）及負載特性U2=f（IL）。圖5-10VCVSI圖5-11⑴按圖5-10所示的電路圖接線。固定Rl=2KQ，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓U「使其在0?8V范圍內(nèi)取值。測量U1及相應的U2值，記錄之。注意:級聯(lián)實驗注意連線，前級VCCS連線如圖5-6所示，所不同的是,需在其輸出端接一個100Q(或200Q)的電阻，同時還要將其輸出端用導線連接到CCVS的輸入端。CCVS輸出端的接法如圖5-7所示。實驗時注意CCVS輸出電壓的極性，可以根據(jù)實驗情況倒換極性。U1(V)U2(V)繪制電壓轉(zhuǎn)移特性曲線U2=f(U1)，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電壓比|J。(2)保持U1=4V，調(diào)節(jié)Rl阻值從1KQ增至8，測U2及IL，繪制負載特性曲線U2=f(IL)。rl(KQ)U2(V)IL(mA)五、注意事項1、每次組裝線路，必須事先斷開供電電源，但不必關閉電源總開關。2、在用恒流源供電的實驗中，不要使恒流源的負載開路。3、實驗中，注意運放的輸入