运算放大器和受控源(4)

电路分析电路分析实验 课程 实验 课程 实验题目实验题目运算放大器和受控源 实验性质实验性质基础性 实验学实验学 时时 2 面向专业面向专业 电信 生命学院 开课学开课学 期期 第 2 学期 开课单位开课单位电工电子实验教学中心 实验地实验地 点点 东区 1 教 510 实实 验验 目目 的的 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 实实 验验 仪仪 器器 1 电路分析实验箱 2 数字万用表两台 实实 验验 原原 理理 1 1 原理说明原理说明 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 U1U2U1 U1 gmU1 RL a VCVS b VCCS U2 i1 rmi1 i1 I1R 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 称为转移电压比 21 Uf U 21 UU 或电压增益 2 电压控制电流源 VCCS 称为转移电导 1 L If U 1 mL gIU 3 电流控制电压源 CCVS 称为转移电阻 21 Uf I 21 m rUI 4 电流控制电压源 CCCS 称为转移电流比 或电 1 L If I 1 L II 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 ia ib Ua Ub U0 a b i 0 a i 0 b U0A U U ab i0 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 0ab uuAu 其中是运算放大器的开环电压放大倍数 A 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 iR1 iR2 Ua Ub U2 R1 R2 U1 2 1 1 2 1 R R u u 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 iS iR Ua Ub U2 RL R U1 Ru i g s m 1 1 图 4 4 具有电导的量纲 称为转移电导 m g 3 图 4 5 为电流控制制型电压源 ccvs 其比例系数 R i u rm 1 2 i1 i1 Ub Ua U2 R U1 图 4 5 具有电阻的量纲 称为转移电阻 m r 4 如图 4 6 为一个电流控制电流源 cccs i1 iR2 U2 U1 R2 iS R3 RL iR3 C 3 2 1 1 R R i iS 图 4 6 无量纲 称为电流放大系数 预预 习习 要要 求求 1 复习理论课讲授的受控源及运放的知识 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 3 计算表 4 1 4 2 4 3 4 4 转移函数参量的理论值 实实 验验 内内 容容 及及 步步 骤骤 1 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 IS Ua U2 R1 U1 1K R2 M mA 1K 图 4 7 表 4 1 给定值 V 1 U 00 511 522 5 测量值 V 2 U vcvs 计算值 理论值 测量值 mA S I 计算值 s m g vccs 理论值 s m g 电路接好后 先不给激励电源 将运算放大器 端对地短路 接通实验箱 1 U 电源工作正常时 应有 0 和 0 2 U S I 接入激励电源 取分别为 0 5V 1V 1 5V 2V 2 5V 操作时每次都 1 U 1 U 要注意测定一下 测量及值并逐一记入表 4 1 中 2 U S I 保持为 1 5 伏 改变 即 的阻值 分别测量及值并逐一记入 1 U 1 R L R 2 U S I 表 4 2 中 表 4 2 给定值 K 1 R 12345 测量值 V 2 U 计算值 vcvs 理论值 测量值 mA S I 计算值 s m g vccs 理论值 s m g 核算表 4 1 和表 4 2 中的各和值 分析受控源特性 m g 2 测试电流控制电压源特性 实验电路如图 4 8 所示 输入电流由电压源与串联电阻所提供 S U i R il U2 R US Ri M mA 1K 1 5V 图 4 8 给定为 1K 为 1 5V 改变的阻值 分别测量和的值 并逐一R S U i R 1 I 2 U 记录于表 4 3 中 注意的实际方向 2 U 表 4 3 给定值 K i R 12345 mA 1 I 测量值 V 2 U 计算值 m r 理论值 m r 保持为 1 5V 改变为 1K 的阻值 分别测量和的值 并逐一记录 S U i R 1 I 2 U 于表 4 4 中 表 4 4 给定值 K R 12345 mA 1 I 测量值 V 2 U 计算值 m r 理论值 m r 核算表 4 3 和表 4 4 中的各值 分析受控源特性 m r 注注 意意 事事 项项 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 必须先断开电源 2 实验中 作受控源的运算放大器输出端不能与地端短接 3 做电流源实验时 不要使电流源负载开路 思思 考考 题题 1 受控源和独立源相比有何异同点 2 四种受控源中 意义是什么 如何测得 m