受控源的特性曲线实验报告

实验名称：受控源VCCS 、VCVS 、CCVS 、CCCS 的特性曲线
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．实验原理与说明：
1． 受控源是双口元件，一个为控制端口，另一个为受控端口。

受控端口的电流或电压受到控制端口的电流或电压的控制。

根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类：
图6-1 受控源
(1) 电压控制电压源（VCVS ），如图6-1（a ）所示，其特性为：
0=c i
(2) 电压控制电流源（VCCS ），如图6-1（b ）所示，其特性为： c m s u g i ⋅=
c
s u u ⋅=α
0=c i
① 电流控制电压源（CCVS ），如图6-1（c ）所示，其特性为：
c s i u ⋅=γ
0=c u
② 电流控制电流源（CCCS ），如图6-1（d ）所示，其特性为： c s i i ⋅=β
0=c u
2． 运算放大器与电阻元件组成不同的电路，可以实现上述四种类型的受控源。

各电路特性分析如下。

(1) 电压控制电压源（VCVS ）：
运算放大器电路如图6-2所示。

由运算放大器输入端“虚短”特性可知：
1u u u ==-+
2
1
2R u i R =
由运算放大器的“虚断”特性，可知： 21
R R i i =
21221R i R i u R R ⋅+⋅=()212
1
R R R u +=
11211u u R R ⋅=⋅⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=α
式（6-1）
即运算放大器的输出电压2u 受输入电压1u 控制。

其电路模型如图6-1（a ）所示。

转移电压比：
2
1
1R R +
=α 该电路是一个同相比例放大器，其输入与输出有公共接地端，这种连接方式称为共地连接。

(2) 电压控制电流源（VCCS ）：
运算放大器电路如图6-3所示。

根据理想运放“虚短”、“虚断”特性，输出
电流为：R
u i i R 1
2=
= 式（6-2）
该电路输入，输出无公共接地点，这种连接方式称为浮地连接。

(3) 电流控制电压源（CCVS ）：
运算放大器电路如图6-4所示。

根据理想运放“虚短”，“虚断”特性，可推得：
R i R i u R ⋅-=⋅-=12 式（6-3）
即输出电压2u 受输入电流1i 的控制。

其电路模型如图6-1（c ）所示。

转移电阻为：
R i u -==
1
2
γ 式（6-4）
(4) 电流控制电流源（CCCS ）
运算放大器电路如图6-5所示。

由于正相输入端“+”接地，根据“虚短”、“虚断”特性可知，“−”端为虚地，电路中a 点的电压为：
211121R i R i R i u R R a ⋅-=⋅-=⋅-=
所以， 2
1
12R R i i R = 输出电流：
121211
12121i R R R R i i i i i R R ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=+=+= 式（6-5）
即输出电流2i 只受输入电流1i 的控制，与负载R L 无关。

它的电路模型如图6-1（d ）所示。

转移电流比： 2
1121R R i i +==
β 式（6-6）
三．实验设备：
名称 数量 型号
1． 直流稳压电源 1台 0~30V 可调 （MC1032）
1台 ±15V 电源 （MC1034）
2． 万用表 1台 3． 直流数字电压电流表 1台 4． 电阻 19只 1k Ω*3 1.5k Ω*1 2k Ω*2
3k Ω*1 4.7k Ω*1 10k Ω*2 15k Ω*1 33k Ω*1
5． 集成运算放大器 1块 LM741 6． 电位器 1只 100k Ω/0.25W 7． 短接桥和连接导线 若干 P8-1和50148 8． 实验用9孔插件方板 1块 297mm × 300mm
四．实验内容：
1． 测试电压控制电压源特性 (1) 实验电路如图6-6所示。

(2) 根据表6-1中内容和参数，自行给定U 1值，测试VCVS 的转移特性U 2=f (U 1)，计算α值，并与理论值比较。

（理论值计算可参考式6-1）
L 2L 值，并与理论值比较。

表6-2 VCVS 的负载特性U
(4) 根据表6-3中内容和参数，自行选择R 1值，设计出不同电压转移比的受控电压源，计算α值，并与理论值比较。

2． 测试电压控制电流源特性
(1) 实验电路如图6-7所示。

(2) 根据表6-4中内容，测试VCCS 的转移特性I 2=f (U 1)，并计算m g 值，并与理论值比较。

（可参考式6-2）
(3) 根据表6-5中内容，测试VCCS 输出特性I 2=f (R L )，并计算m g 值。

3． 测试电流控制电压源特性 (1) 实验电路如图6-8所示。

(2) 根据表6-6中内容，测试CCVS 的转移特性U 2=f (I 1)，并计算γ值，并与理论值进行比较。

（可参考式6-4）
(3) 根据表6-7中内容，测试CCVS 输出特性U 2=f (R L )，并计算r 值。

表6-7 CCVS 输出特性U2=f (RL)
4． 测试电流控制电流源特性
(1) 实验电路如图6-9所示
(2) 根据表6-8中内容，测试CCCS 的转移特性I 2=f (I 1)，并计算β值，与理论值进行比较（可参考式6-5）
β值。

(3)根据表6-9中内容，测试CCCS输出特性I2=f (R L)，并计算
三．实验结论
四．实验体会
五．思考题
1．用所测数据计算各受控源系统，并与理论值进行比较，分析误差原因。

2．总结运算放大器的特点，以及你对此实验的体会。