运算放大器和受控源(4)

电路分析实验（课程） 实验题目 实验性质 面向专业 开课单位 实验目的 运算放大器和受控源 基础性 电信、生命学院 电工电子实验教学中心 实验学时 开课学期 实验地点 2 第2学期 东区1教510 1.理解、掌握受控源的外特性。 2.了解运算放大器组成受控源的基本原理。 3.测试VCVS、VCCS、CCVS加深对受控源的受控特性的认识。 实验1、电路分析实验箱 仪2、数字万用表两台 器 1.原理说明 1.根据控制量与受控量电压或电流的不同，受控源有四种：电压控制电压源（VCVS）；电压控制电流源（VCCS）；电流控制电压源（CCVS）；电流控制电压源（CCCS） 实验原 理 （a）VCVS （b）VCCS （c）CCVS （d）CCCS 图4-1 受控源电路模型 四种受控源的转移函数参量的定义如下：

（1）电压控制电压源（VCVS）：U2f(U1)，U2/U1 称为转移电压比（或电压增益）。 （2）电压控制电流源（VCCS）：ILf(U1) ，gmIL/U1称为转移电导。 （3）电流控制电压源（CCVS）：U2f(I1)，rmU2/I1称为转移电阻。 （4）电流控制电压源（CCCS）：ILf(I1)，IL/I1称为转移电流比（或电流增益）。 2. 运算放大器是一种有源三端元件，图4-2(a)为运放的电路符号。 (a) (b) 图4-2 它有两个输入端，一个输出端和一个对输入和输出信号的参考地线端。“+”端称为非倒相输入端，信号从非倒相输入端输入时，输出信号与输入信号对参考地线端来说极性相同。“－”端称为倒相输入端，信号从倒相输入端输入时，输出信号与输入信号对参考地线端来说极性相反。运算放大器的输出端电压 u0A(ubua) 其中A是运算放大器的开环电压放大倍数。 （1）运算放大器的“+”端与“－”端之间等电位，通常称为“虚短路”。 （2）运算放大器的输入端电流等于零。称为“虚断路”。 运算放大器的理想电路模型为一受控电源。如图4-2(b)所示。本次实验将要研究由运算放大器组成的几种基本受控源电路。 （1） 图4-3所示的电路是一个电压控制型电压源（vcvs）。 u2R11u1R2

图4-3 无量纲，称为电压放大倍数。 （2）将图4-4电路中的RL看作一个负载电阻，这个电路就成为一个电压控制型电流源(vccs) 图4-4 is1gmu1R gm具有电导的量纲，称为转移电导。 （3）图4-5为电流控制制型电压源(ccvs)其比例系数： rmu2R i1 图4-5 rm具有电阻的量纲、称为转移电阻， （4）如图4-6为一个电流控制电流源(cccs)。 iSR21i1R3

图4-6 无量纲，称为电流放大系数。 预习1、复习理论课讲授的受控源及运放的知识 要2、预习报告中要求写清楚实验目的、实验仪器、实验原理并画出实验电路图及表格 求 3、计算表4-1、4-2、4-3、4-4转移函数参量的理论值 1. 1. 测试电压控制电压源和电压控制电流源特性。 实验线路及参数如图4-7所示。 图4-7 表4-1 实验内容及步骤 给定值 测量值 vcvs 计算值 理论值 测量值 vccs 计算值 理论值 U1（V） U2（V） 0 / / 0.5 1 1.5 2 2.5   IS(mA) gm(s) gm(s) ①电路接好后，先不给激励电源U1,将运算放大器“+”端对地短路，接通实验箱电源工作正常时，应有U2=0和IS=0。 ②接入激励电源U1，取U1分别为0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V（操作时每次都要注意测定一下），测量U2及IS值并逐一记入表4-1中

③保持U1为1.5伏，改变R1（即RL）的阻值，分别测量U2及IS值并逐一记入表4-2中。 表4-2 给定值 vcvs 测量值 计算值 理论值 vccs 测量值 计算值 理论值 R1（K） U2（V） 1 2 3 4 5   IS(mA) gm(s) gm(s) ④核算表4-1和表4-2中的各和gm值，分析受控源特性。 2. 测试电流控制电压源特性 实验电路如图4-8所示，输入电流由电压源US与串联电阻Ri所提供。 图4-8 ①给定R为1K，US为1.5V，改变Ri的阻值，分别测量I1和U2的值，并逐一记录于表4-3中，注意U2的实际方向。 表4-3 给定值 Ri（K） 1 2 3 4 5 I1（mA）

测量值 计算值 理论值 U2（V） rm（） rm（） ②保持US为1.5V，改变Ri为1K的阻值，分别测量I1和U2的值，并逐一记录于表4-4中。 表4-4 给定值 R（K） I1（mA） 1 2 3 4 5 测量值 U2（V） 计算值 理论值 rm（） rm（） ③核算表4-3和表4-4中的各rm值，分析受控源特性。 注1. 实验电路确认无误后，方可接通电源，每次在运算放大器外部换接电路元件时，意必须先断开电源。 事2. 实验中，作受控源的运算放大器输出端不能与地端短接。 项 3. 做电流源实验时，不要使电流源负载开路。 思考题 1. 受控源和独立源相比有何异同点？ 2. 四种受控源中、gm、rm、α意义是什么？如何测得？ 3. 如果令受控源控制极性反向，请问其输出极性是否发生变化？ 实验报告要求 （1）实验目的： （2）原理简述： （3）实验内容：含实验步骤、实验电路、表格、数据 （4）实验数据误差分析： （5）思考题回答; （6）结论： （7）体会：

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