实验四-运算放大器与受控源(共7页)

1、实验四运算放大器与受控源一、 实验目的1 .加深对受控电源的认识和理解。2 .通过实验熟悉运算放大器的使用，形成有源器件的概念。3 .掌握测试受控源的外特性、转移参数及负载特性的方法。二、实验原理简述运算放大器是一种高增益， 高输入阻抗和低输出阻抗的放大器， 常用图4.1 (a)所示电 路符号来表示。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接地端。“ + ”端为正相输入端，当信号从正相输入端输入时，输出信号与输入信号极性相同；”为反向输入端，当信号从反向输入端输入时，输出信号与输入信号极性相反。(a)(b)图4.1运算放大器的电路符号及等效电路当两输入端同时有电压作用时，输出电压

2、UoAo(Up Un)其中Ao称为运算放大器的开环放大倍数。理想情况下，Ao和输入电阻Rin为无穷大,因此有：Up UnUPU nRin上述式子表明：(1)运算放大器端与“”端电位相等，通常称为“虚短路”；(2)运算放大器的输入端电流等于零，通常称为“虚断路” ；(3)理想运算放大器的输出电阻很小，可以认为是零。这些重要性质是简化分析含有运算放大器网络的依据。运算放大器的电路模型为一受控电源，如图4.1 (b)所示。在它的外部接入不同的电源元件，可以实现信号的模拟运算或模拟变换，它的应用极其广泛。含有运算放大器的电 路是一种有源网络，本次实验将要研究由运算放大器组成的几种基本线性受控电源电路。

3、(i)图4.2 (a)所示是一个由运算放大器构成的电压控制电压源( VCVS)。由于运算放大器的同相输入端“ + ”和反相输出端“”为“虚短路”Un UiHi又因所以+D3十(a)图4.2VCVSi R2U nR2iRi i R2U2 gR iR2R2 iR2(Ri R2)UiR2UiR2(RiR2)(1RiR2)Ui即运算放大器的输出电压 u2受输入电压U1控制，其电压比为R2U2Ui无量纲，又称为电压放大系数。该电路是一个正相比例放大器，其输入和输出端有 公共接地点，这种连接方式称为共地连接。(2)将图4.3 (a)电路中的R1看作一只负载电阻，这个电阻就成为一个电压控制型电流源(VCCS

4、),如图4.3 (b)所示。运算放大器的输出电流i2iRUnU1R即i2只受运算放大器输入电压 ui的控制，与负载电阻 Rl无关。比例系数七 1u1Rg称为转移电导。(3)简单的电流控制电压源的电路如图4.4 (a)。由于运算放大器的“ +”端接地，即u p un 0,流过电阻R的电流即为输入端口的电流i1。运算放大器的输出电压U2 Rii ,它受电流ii控制，比例系数U2iir称为转移电阻。图4.5 CCCS图 4.4 CCVSCCCS),如图 4.5 (a)所示。(4)运算放大器还可以构成一个电流控制电流源(a)(b)由于Uai R1 R2所以iR2UaR3i R 1 R3i2 iRiRi

5、1igi1(1当21R3R即输出电流i2受网络输入端口电流i1控制，与负载电阻 Rl无关，其电流比为图4.6 电压控制电压源（VCVS ）Un U1i2 iRR Ri2R2a - 1 i1R3a称为电流放大系数。三、实验仪器设备及元器件1 . 可调直流稳压电源2 . 数字式直流毫安表3 .数字万用表4 .集成运算放大器4741,电阻元件、受控源特性研究专用实验板四、预习及思考1. 预习受控源的内容，分析受控源和独立源的区别；阅读实验原理。2. 根据实验内容中的受控源电路原理图，按照给定元件的参数， 进行分析计算，求出各受控源参数 p g、x 3值。并理解 四、g、v 3的含义。五、实验内容与要

6、求利用运算放大器构成的受控源（VCVS、 VCCS、 CCVS、 CCCS）分别如图4.6、图4.7、图4.8和图4.9所示，分别求出其 转移电压比（电压增益） 2转移电导g、转移 电阻丫和转移电流比（电流增益） 31. 电压控制电压源（VCVS ）按图4.6所示接线。R2 Rf 10K 。 受控源VCVS的转移特性U2 f (Ui) o Rl 2K ，开关K闭合(不接入电流表)按照表4.1的要求，调节直流稳压电源的输出电压Ui,记录相应的U2的值。注意：不能使稳压直流电源的输出短路。表4,1Ui/V0i2345678U2/V(2)受控源VCVS的负载特性。开关K打开，接入电流表。调节并保持U

7、i 2V,按照表4.2所示的要求，改变负载电阻Rl的值，完成相应测量内容。表4,2Rl/Q50i002003004005i0600800i000U2/V12/mA2.电压控制电流源(VCCS)图4.7 电压控制电流源(VCCS)按图4,7所示接线。R210K 。受控源VCCS 的转移特性I2 f(Ui)。Rl 2K ，开关 K 闭合(不接入电流表)。按照表4.3的 要求，调节直流稳压电源的输出电压Ui,记录相应的I2的值。表4,3Ui/V0i23456783mA(2)受控源VCCS的负载特性I2 f(U2)。开关K打开，接入电流表。调节并保持Ui 2V,按照表4,4所示的要求，改变负载电阻Rl

8、的值，完成相应测量内容。表4.4Rl/K Q5020i5i05.i3i0.5i0.2U2/V|2/mA3.电流控制电压源(CCVS)按图 4.8 所示接线。Ri iK , R2 5i0 , RF iK+15V图4.8电流控制电压源（CCVS）（1 ）受控源CCVS的转移特性U2 f（Ii）。Rl 2K ，开关 K 闭合 （不接入电流表）。按照表4.5的要求，调 节直流电流源的输出电流 Is （即Ii）,记录 相应的U2的值。注意：不能使直流电流源的负载短路。表4.511/mA056789101112U2/V（2）受控源CCVS的负载特性。开关 K打开，接入电流表。调节并保持Ii 7mA不变。按

9、照表4.6所示的要求，改变负载电阻RL的值，完成相应测量内容。表4.6Rl/Q501001502005101K8K10K80KU2/V12/mA图4.9电流控制电流源（CCCS）4.电流控制电流源（CCCS）按图4.9所示接线。R110K,R26.8K , RF R 20K 。（1 ）受控源CCCS的转移特性12 f （I1） o Rl 300 ，开关 K 断开（接 入电流表）。按照表4.7的要求，调节直流电 流源的输出电流Is （即11）,记录相应的U2的 值。注意：不能使直流电流源的负载短路。表4.711/mA0510152025303540U2/V（2）受控源CCCS的负载特性。开关 K打开，接入电流表。调节并保持11 7mA不变。按照表4.8所示的要求，改变负载电阻 RL的值，完成相应测量内容。表4.8Rl/Q01002003005106801K2K10KU2/V3mA六、实验注意事项1 .电压控制电压源电路中注意直流稳压电源的输出不可短路。2 .电流控制电压源电路中注意直流电流源的输出不可开路。七、实验总结及思考1 .根据实验得到的数据，分别绘制出四种受控源（ VCVS、VCCS、CCVS、CCCS） 的转移特性和负载特性曲线。2 .根据各受控源的转移特性曲线的线性部分求出其转移参数p g、r 3