实验七 受控源研究

实验七 受控源研究
一．实验目的
1．加深对受控源的理解。

2．熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用。

3．掌握受控源特性的测量方法。

二．实验原理
1．受控源
受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压或电流控制，因而受控源是双口元件：一个为控制端口，或称输入端口，输入控制量（电压或电流），另一个为受控端口或称输出端口，向外电路提供电压或电流。

受控端口的电压或电流，受控制端口的电压或电流的控制。

根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类：
（1）电压控制电压源（VCVS ），如图8－1（a ）所示，其特性为： 12u u μ=
其中：1
2u u
=μ称为转移电压比（即电
压放大倍数）。

（2）电压控制电流源（VCCS ）， 如图8－1（b ）所示，其特性为：
1
2u g i =
其中：1
2m
u i
g =称为转移电导。

（3）电流控制电压源（CCVS ），如图8－1（c ）所示，其特性为：
12i r u = 其中：1
2
i u r =
称为转移电阻。

（4）电流控制电流源（CCCS ），如图8－1（d ）所示，其特性为：
1
2i i β= 其中：1
2
i i =
β称为转移电流比（即电流放大倍数）。

2．用运算放大器组成的受控源
运算放大器的电路符号如图8－2所示，具有两个输入端：
同相输入端ｕ＋和反相输入端ｕ－，一个输出端ｕｏ，放大倍数为A ，则ｕｏ＝A （ｕ＋－ｕ－）。

对于理想运算放大器，放大倍数A 为∞，输入电阻为∞，输出电阻为0，由此可得出两
︒
︒ ︒
︒
+ -
1
u +
-
1
2 u u μ = (a)
u 1
(b)
1
1
i (c)
(d)
图 8-1
图 8-2
O
=
u + u -
个特性：
特性1：ｕ＋＝ｕ－； 特性2：ｉ＋＝ｉ－＝０。

（1）电压控制电压源（VCVS ）
电压控制电压源电路如图8－3所示。

由运算放大器的特性1可知：1u u u ==-+ 则11R1R u i =
2
1
2R2R u u i -= 由运算放大器的特性2可知：R2R1i i = 代入R1i 、R2i 得：11
2
2)1(u R R u +
= 可见，运算放大器的输出电压u 2受输入电压u 1控制，其电路模型如图8－1（a ）所示，转移电压比：)1(1
2
R R +
=μ。

（2）电压控制电流源（VCCS ）
电压控制电流源电路如图8－4所示。

由运算放大器的特性1可知：1u u u ==-+
则1
1R R u
i =
由运算放大器的特性2可知：R 2i i =1
1
R u =
即i 2只受输入电压u 1控制，与负载R L 无关（实际上要求R L 为有限值）。

其电路模型如图8－1（b ）所示。

转移电导为：1
121R u i g ==
（3）电流控制电压源（CCVS ）
电流控制电压源电路如图8－5所示。

由运算放大器的特性1可知：0==+-u u u 2=RX i R
由运算放大器的特性2可知：1R i i = 代入上式，得： 12i R u =
即输出电压u 2受输入电流i 1的控制。

其电路模型 如图8－1（c ）所示。

图 8-3
+
-
图 8-4
2
u
图 8-5
转移电阻为： R i u r ==
1
2
（4）电流控制电流源（CCCS ）
电流控制电流源电路如图8－6所示。

由运算放大器的特性1可知：0==+-u u 22
12
R1i R R R i +=
由运算放大器的特性2可知： 1R1i i -= 代入上式，12
1
2)1(i R R i +
-= 即输出电流i 2只受输入电流i 1的控制。

与负载R L 无关。

它的电路模型如图8－1（d ）所示。

转移电流比 )+1(2
112R R i i -==
β
三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字电流表；
2．恒压源（双路0～30V 可调）； 3．恒流源（0~200mA 可调）；
4．MEEL －04组件和MEEL —05组件。

四．实验内容
1．测试电压控制电流源（VCCS ）特性
实验电路如图8－1（b ）所示，图中，U 1用恒压源的可调电压输出端，i 2 两端接负载R L ＝2ｋΩ（用电阻箱）。

（1）测试VCCS 的转移特性I 2=f （U 1）
调节恒压源输出电压U 1（以电压表读数为准），用电流表测量对应的输出电流I 2，将数据记入表8－1中。

2L 保持U 1＝2V ，负载电阻R L 用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I 2，将数据记入表8－2中。

表8
－2 VCVS 的负载特性数据
2．测试电流控制电压源（CCVS ）特性
2
u +
-
图 8-6
实验电路如图8－1（c）所示，图中，Ｉ1用恒流源，输出U2 两端接负载R L＝2ｋΩ（用电阻箱）。

（1）测试CCVS的转移特性U2=f（U1）
调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－3中。

表8－3 CCVS的转移特性数据
（2）测试CCVS的负载特性２=f（R L）
保持Ｉ1＝０.2ｍＡ，负载电阻R L用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－4中。

3．测试电压控制电压源（VCVS）特性
电压控制电压源（VCVS）可由电压控制电流源（VCCS）和电流控制电压源（CCVS）串联而成。

实验电路由8-1（b）、I构成，将图8-1（b）的输入端u1 接恒压源的可调输出端，输出端i2 与图8-1 I的输入端i1相连，图8-1I的输出端u2 接负载R L＝2kΩ（用电阻箱）。

（1）测试VCVS的转移特性U2=f（U1）
调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－5中。

表8－5 VCVS的转移特性数据
2L
保持U1＝2V，负载电阻R L用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表8－6中。

表8－6 VCVS的负载特性数据
４．测试电流控制电流源（CCCS）特性
电流控制电流源（CCCS）可由电流控制电压源（CCVS）和电压控制电流源（VCCS）串联而成。

实验电路由8-1（c）、(b)构成，将图8-1（c）的输入端i1 接恒流源，输出端u2 与图8-1 (c)的输入端u1相连，图8-1(b)的输出端i2 接负载R L＝2KΩ（用电阻箱）。

（1）测试CCCS的转移特性I2=f（I1）
调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），用电流表测量对应的输出电流I2，I1、I2分别用EEL－31组件中的电流插座5－6和17－18测量，将数据记入表8－7中。

（２）测试CCCS的负载特性I２=f（R L）
保持Ｉ1＝０.2ｍＡ，负载电阻R L用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表8－8中。

表8－8 CCCV的负载特性数据
五．实验注意事项
1．用恒流源供电的实验中，不允许恒流源开路。

2．运算放大器输出端不能与地短路，输入端电压不宜过高（小于5V）。

六．预习与思考题
1．什么是受控源？了解四种受控源的缩写、电路模型、控制量与被控量的关系。

2．四种受控源中的转移参量μ、g、r和β的意义是什么？如何测得？
3．若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？
4．如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS，它们的输入输出如何连接？
5．了解运算放大器的特性，分析四种受控源实验电路的输入、输出关系。

七．实验报告要求
1．根据实验数据，在方格纸上分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量μ、g、r和β。

2．参考实验数据，说明转移参量μ、g、r和β受电路中哪些参数的影响？如何改变它们的大？
3．回答预习与思考题中的3、4题。

4．对实验的结果作出合理地分析和结论，总结对四种受控源的认识和理解。