受控源電路的仿真研究.ppt

1、受控源電路的仿真分析,2012-2013學(xué)年第一學(xué)期,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、預(yù)習(xí)要求 三、實(shí)驗(yàn)儀器 四、實(shí)驗(yàn)原理 五、實(shí)驗(yàn)步驟 六、實(shí)驗(yàn)提示 七、思 考 題 八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,目錄,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?P80,1.利用EDA軟件對(duì)受控源電路進(jìn)行仿真分析 2.初步掌握Multisim軟件的用法 3.了解測(cè)量?jī)x器內(nèi)阻對(duì)測(cè)試精度的影響,二、預(yù)習(xí)要求,1.了解Multisim軟件的操作方法。 2.復(fù)習(xí)理論課關(guān)于受控源電路部分的內(nèi)容。,三、實(shí)驗(yàn)儀器,微機(jī)1臺(tái)（裝有Multisim軟件）,四、實(shí)驗(yàn)原理,一、運(yùn)算放大器簡(jiǎn)述 1.運(yùn)算放大器的電路符號(hào),實(shí)驗(yàn)原理,受控源通常都是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的。運(yùn)算放大器是一種有源二端

2、元件，圖2-15-5表示的是它的電路符號(hào)。它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。信號(hào)從“”端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相，故稱(chēng)“”端為反相輸入端；從“+”端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相，故稱(chēng)“+”端為同相輸入端。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,2.運(yùn)算放大器的工作電源 除了兩個(gè)輸入端外，運(yùn)算放大器還有兩個(gè)工作電源端。一個(gè)為正電源端，另一個(gè)為負(fù)電源端，只有接有正、負(fù)電源的運(yùn)算放大器才能正常工作。當(dāng)然也有一些運(yùn)算放大器只有一個(gè)工作電源端，即單電源工作的運(yùn)算放大器。,實(shí) 驗(yàn) 原 理,3.理想運(yùn)放模型 & 兩個(gè)重要結(jié)論,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,不管是雙還是單電源工作的運(yùn)算放大器，其基本電路模型是一樣的

3、。如圖2-15-6所示。其中V和V分別為同相輸入端和反相輸入端的對(duì)地電壓，Vo是輸出端對(duì)地電壓，Ao是運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)，在理想情況下Ao和輸入端的電阻Ri為無(wú)窮大，輸出電阻Ro為零。根據(jù)輸出電壓Vo=(VV)Ao式可見(jiàn)，當(dāng)輸出電壓Vo為有限值時(shí)，則有V=V，且有 i=V/Ri=0，i=V/Ri=0,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,由這些式子可引出兩個(gè)重要的結(jié)論： (1)運(yùn)算放大器的“+”端和“”端之間等電位。若其中一個(gè)輸入端是接地的，則另一個(gè)輸入端雖未接地，也可以認(rèn)為是零電位。故稱(chēng)此端為“虛地”，或把同相輸入端和反相輸入端之間標(biāo)為“虛短路”。 (2)運(yùn)算放大器的輸入端電流等于

4、零。 這兩個(gè)重要性質(zhì)是簡(jiǎn)化分析含有運(yùn)算放大器網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,4.運(yùn)算放大器的實(shí)例（LM358）,圖2-15-7 LM358型運(yùn)算放大器引出端功能,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,兩個(gè)需要注意的地方： (1)LM358是一片雙運(yùn)放(一塊集成片內(nèi)含有兩個(gè)性能相近的運(yùn)算放大器且共用一組工作電壓)。 (2)工作電源為單電源，其中8腳為其工作電源端，一般接+15V電壓方可工作。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,常見(jiàn)的受控源主要有以下四種形式： VCVS電壓控制電壓源 VCCS 電壓控制電流源 CCVS 電流控制電壓源 CCCS 電流控制電流源 前一參數(shù)是控制量，后一參數(shù)是

5、被控量。僅在控制量變化時(shí)，被控量才發(fā)生變化。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,對(duì)于VCVS電壓控制電壓源 設(shè)控制量為V1，被控量為V2，則有：,是無(wú)量綱的系數(shù)，稱(chēng)為電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)（或稱(chēng)電壓放大倍數(shù)）。,對(duì)于VCCS電壓控制電流源 設(shè)控制量為V1，被控量為I2，則有：,g是具有電導(dǎo)的量綱，稱(chēng)為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,對(duì)于CCVS電流控制電壓源 設(shè)控制量為I1，被控量為V2，則有：,r是具有電阻的量綱，稱(chēng)為轉(zhuǎn)移電阻。,對(duì)于CCCS電流控制電流源 設(shè)控制量為I1，被控量為I2，則有：,是無(wú)量綱的系數(shù)，稱(chēng)為電流轉(zhuǎn)移系數(shù)（或稱(chēng)電流放大倍數(shù)）。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,1.電壓控制電壓源(VC

6、VS),V+,i+,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,二、四種受控源基本電路,實(shí) 驗(yàn) 原 理,圖2-15-8(a)所示電路是一個(gè)電壓控制電壓源。由圖可知： V=V=V1 i=i=0 if=i2=V/R2=V1/R2 所以 V2=ifRf+i2R2=(Rf+R2)V1/R2=(1+Rf/R2)V1 令 =1+Rf/R2 則 V2=V1 其中是無(wú)量綱的常數(shù)，稱(chēng)為電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)(或稱(chēng)電壓放大倍數(shù))。 圖2-15-8(b)為VCVS理想電路模型。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,3.電流控制電壓源(CCVS),實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 原 理,圖2-15-11(a)是一個(gè)電流控制電流源的電路。因?yàn)?Va=

7、ifRf=i1Rf， iR=Va/R=i1Rf/R 所以 iL=ifiR =i1+i1Rf/R =(1+Rf/R)i1。 令 =1+Rf/R， 則 iL=i1。 其中無(wú)量綱，稱(chēng)為電流轉(zhuǎn)移系數(shù)(或稱(chēng)電流放大倍數(shù))。CCCS的理想電路模型如圖2-15-11(b)所示。,實(shí)實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 原 理,實(shí) 驗(yàn) 步 驟,圖2-15-1 VCVS,五、實(shí)驗(yàn)步驟,一、測(cè)試VCVS的外特性,實(shí) 驗(yàn) 步 驟,按照?qǐng)D2-15-1搭好電路，調(diào)整V2=2V （1）固定V2=2V，按表2-15-1中1-1項(xiàng)要求的阻值，分別調(diào)節(jié)可變電阻阻值R3，測(cè)出相應(yīng)的VR3值并記錄于表中，作VR3-R3的關(guān)系曲線(xiàn)。 （2）固定R3=5K，按

8、表2-15-1中1-2項(xiàng)的要求調(diào)整V2,并測(cè)出相應(yīng)的V2值并記錄于表中，作V2-VR3的關(guān)系曲線(xiàn)，求出電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)。,實(shí)驗(yàn)步驟,實(shí) 驗(yàn) 步 驟,圖2-15-3 VCCS,實(shí)驗(yàn)步驟,三、測(cè)試CCVS的外特性,實(shí) 驗(yàn) 步 驟,按照?qǐng)D2-15-4搭好電路，調(diào)整Vi2=2V （1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1項(xiàng)要求的阻值，分別調(diào)節(jié)可變電阻阻值RL，測(cè)出相應(yīng)的電流IS值記錄于表中，作IS-RL的關(guān)系曲線(xiàn)。 定RL=5K，按表2-15-1中2-2項(xiàng)的要求調(diào)整Vi2，并測(cè)出相應(yīng)的電流IS值記錄于表中，作IS-Vi2的關(guān)系曲線(xiàn)，求出轉(zhuǎn)移電導(dǎo)gm,實(shí)驗(yàn)步驟,實(shí)實(shí)驗(yàn)步驟驗(yàn) 步 驟,表2-15-1,六、實(shí) 驗(yàn) 提 示,注意LM358的管腳方向。,LM358的工作電源選擇18V。,實(shí) 驗(yàn) 思 考 題,1理想運(yùn)算放大器的主要特點(diǎn)有哪些？ 2請(qǐng)模擬一下，看受控源的控制特性是否適用于交流信號(hào)？加大輸入信號(hào)后，輸出電壓波形會(huì)產(chǎn)生什么形狀？ 3在運(yùn)算放大器電源引出線(xiàn)的負(fù)端加一負(fù)向電源電壓-15伏，重復(fù)問(wèn)題1，觀察輸出波形。,七、思 考 題,實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 要 求,實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)； 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)儀表（應(yīng)寫(xiě)明具體型號(hào)）； 實(shí)