實(shí)驗(yàn)七-受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)七受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的實(shí)驗(yàn)研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解用運(yùn)算放大器組成四種類型受控源的線路原理。2．測(cè)試受控源轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性。二、原理說明1．運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）的電路符號(hào)及其等效電路如圖8－1所示：圖6－1運(yùn)算放大器是一個(gè)有源三端器件，它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，若信號(hào)從“＋”端輸入，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同，故稱為同相輸入端；若信號(hào)從“－”端輸入，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反，故稱為反相輸入端。運(yùn)算放大器的輸出電壓為u0＝A0(up-un)其中A0是運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，在理想情況下，A0與運(yùn)放的輸入電阻Ri均為無窮大，因此有up＝un這說明理想運(yùn)放具有下列三大特征（1）運(yùn)放的“＋”端與“－”端電位相等，通常稱為“虛短路”。（2）運(yùn)放輸入端電流為零，即其輸入電阻為無窮大。（3）運(yùn)放的輸出電阻為零。以上三個(gè)重要的性質(zhì)是分析所有具有運(yùn)放網(wǎng)絡(luò)的重要依據(jù)。要使運(yùn)放工作，還須接有正、負(fù)直流工作電源（稱雙電源），有的運(yùn)放可用單電源工作。2、理想運(yùn)放的電路模型是一個(gè)受控源—電壓控制電壓源（即VCVS），如圖8－1(b)所示，在它的外部接入不同的電路元件，可構(gòu)成四種基本受控源電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的各種模擬運(yùn)算或模擬變換。3、所謂受控源，是指其電源的輸出電壓或電流是受電路另一支路的電壓或電流所控制的。當(dāng)受控源的電壓（或電流）與控制支路的電壓（或電流）成正比時(shí)，則該受控源為線性的。根據(jù)控制變量與輸出變量的不同可分為四類受控源：即電壓控制電壓源（VCVS）、電壓控制電流源（VCCS）、電流控制電壓源（CCVS）、電流控制電流源（CCCS）。電路符號(hào)如圖8－2所示。理想受控源的控制支路中只有一個(gè)獨(dú)立變量（電壓或電流），另一個(gè)變量為零，即從輸入口看理想受控源或是短路（即輸入電阻Ri＝0，因而u1＝0）或是開路（即輸入電導(dǎo)Gi＝0，因而輸入電流i1＝0），從輸出口看，理想受控源或是一個(gè)理想電壓源或是一個(gè)理想電流源。圖6－24、受控源的控制端與受控端的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)四種受控源轉(zhuǎn)移函數(shù)參量的定義如下（1）壓控電壓源（VCVS）U2＝f(U1)μ＝U2/U1稱為轉(zhuǎn)移電壓比（或電壓增益）。（2）壓控電流源（VCCS）I2＝f(U1)gm＝I2/U1稱為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0～10V12可調(diào)直流恒流源0～200mA13直流數(shù)字電壓表14直流數(shù)字毫安表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本次實(shí)驗(yàn)中受控源全部采用直流電源激勵(lì)，對(duì)于交流電源或其它電源激勵(lì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一樣的。1．測(cè)量受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性U2=f(U1)及負(fù)載特性U2=f(IL)實(shí)驗(yàn)線路如圖8－7。U1為可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，RL為可調(diào)電阻箱。圖6－7（1）固定RL＝2KΩ，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓U1，使其在0～6V范圍內(nèi)取值，測(cè)量U1及相應(yīng)的U2值，繪制U2＝f(U1)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電壓比μ。測(cè)量值U1(V)U2(V)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值μ理論計(jì)算值μ（2）保持U1＝2V，令RL阻值從1KΩ增至∞，測(cè)量U2及IL，繪制U2＝f(IL)曲線。RL(KΩ)U2(V)IL(mA)2．測(cè)量受控源VCCS的轉(zhuǎn)移特性IL＝f(U1)及負(fù)載特性IL＝f(U2)實(shí)驗(yàn)線路如圖8－8圖6－8（1）固定RL＝2KΩ，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓U1，使其在0～5V范圍內(nèi)取值。測(cè)量U1及相應(yīng)的IL,繪制IL＝f(U1)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電導(dǎo)gm。測(cè)量值U1(V)IL(mA)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值gm(S)理論計(jì)算值gm(S)（2）保持U1＝2V，令RL從0增至5KΩ，測(cè)量相應(yīng)的IL及U2，繪制IL＝f(U2)曲線。RL(KΩ)IL(mA)U2(V)3、測(cè)量受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性U2＝f(IS)及負(fù)載特性U2＝f(IL)實(shí)驗(yàn)線路如圖8－9。IS為可調(diào)直流恒流源，RL為可調(diào)電阻箱。圖6－9（1）固定RL＝2KΩ，調(diào)節(jié)直流恒流源輸出電流IS，使其在0～0.8mA范圍內(nèi)取值，測(cè)量IS及相應(yīng)的U2值，繪制U2＝f(IS)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電阻rm。測(cè)量值IS(mA)U2(V)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值rm(KΩ)理論計(jì)算值rm(KΩ)（2）保持IS＝0.3mA，令RL從1KΩ增至∞，測(cè)量U2及IL值，繪制負(fù)載特性曲線U2＝f(IL)。RL(KΩ)U2(V)IL(mA)4．測(cè)量受控源CCCS的轉(zhuǎn)移特性IL＝f(IS)及負(fù)載特性IL＝f(U2)實(shí)驗(yàn)線路如圖9－10。圖6－10（1）固定RL＝2KΩ，調(diào)節(jié)直流恒流源輸出電流IS，使其在0～0.8mA范圍內(nèi)取值，測(cè)量IS及相應(yīng)的IL值，繪制IL＝f(IS)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電流比α。測(cè)量值IS(mA)IL(mA)實(shí)驗(yàn)計(jì)算值α理論計(jì)算值α（2）保持IS＝0.3mA，令RL從0增至4KΩ，測(cè)量IL及U2值，繪制負(fù)載特性曲線IL=f(U2)曲線。RL(KΩ)IL(mA)U2(V)五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)中，注意運(yùn)放的輸出端不能與地短接，輸入電壓不得超過10V。2．在用恒流源供電的實(shí)驗(yàn)中，不要使恒流源負(fù)載開路。六、預(yù)習(xí)思考題1．參閱有關(guān)運(yùn)算放大器和受控源的基本理論。2．受控源與獨(dú)立源相比有何異同點(diǎn)？3．試比較四種受控源的代號(hào)、電路模型，控制量與被控制量之間的關(guān)系。4．四種受控源中的μ、gm、rm和α的意義是什么？如何測(cè)得？5．若令受控源的控制量極性反向，試問其輸出量極性是否發(fā)生變化？6．受控源的輸出特性是否適于交流信號(hào)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．對(duì)有關(guān)的預(yù)習(xí)思考題作必要的回答。2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在方格紙上分別繪出四種受控源的轉(zhuǎn)移特性和負(fù)載特性曲線，并求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)移參量。3．對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果作出合理地分析和結(jié)論，總結(jié)對(duì)四類受控源的認(rèn)識(shí)和理解。