《电路基础》受控源VCCS、VCVS、CCVS、CCCS的特性曲线实验

《电路基础》受控源VCCS 、VCVS 、CCVS 、CCCS 的特性
曲线实验
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：
i c=0 i c=0
+ u c u c - - (a) VCVS (b) VCCS u c=0 u c=0 c c -
(c) CCVS (d) CCCS
图9-1 受控源
（1） 电压控制电压源（VCVS ），如图7-1（a ）所示，其特性为：
0=c i
（2） 电压控制电流源（VCCS ），如图7-1（b ）所示，其特性为： c m s u g i ⋅=
c
s u u ⋅=α
0=c i
（3） 电流控制电压源（CCVS ），如图7-1（c ）所示，其特性为：
c s i u ⋅=γ
0=c u
（4） 电流控制电流源（CCCS ），如图7-1（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7-2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（7-1）
+
+
u 1 i R1 u 1 R L
u 2
R 1 −
i R2 u 2 i R
R 2 R − − −
图7-2 电压控制电压源（VCVS ） 图7-3 电压控制电流源（VCCS ）
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7-1（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7-3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（7-2）
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7-4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（7-3）
即输出电压2u 受输入电流1i 的控制。

其电路模型如图7-1（c ）所示。

转移电阻为：
R i u -==
1
2
γ 式（7-4） i R i R1 a i 2 + u 2 +
u 1 u 2 u R 2
− − −图7-4 电流控制电压源 图7-5 电流控制电流源
（4） 电流控制电流源（CCCS ）
运算放大器电路如图7-5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（7-5） 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7-1（d ）所示。

转移电流比： 2
1121R R
i i +==
β 式（7-6）
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 2台 3． 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
4． 集成运算放大器 1块 LM741 5． 电位器 1只 100k Ω/0.25W 6． 短接桥和连接导线 若干 P8-1和50148 7． 实验用9孔插件方板 1块 297mm × 300mm
四． 实验步骤
1． 测试电压控制电压源特性 （1） 实验电路如图7-6所示。

（2） 根据表7-1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7-1）
+
+
U 2
− −
图7-6 VCVS 实验线路
（3） 根据表7-2中内容和参数，自行给定R L 值，测试VCVS 的负载特性U 2=f(R L )，计算α值，并与理论值比较。

（4） 根据表7-3中内容和参数，自行选择R 2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。

表7-3 VCVS 的不同电压转移比
2． 测试电压控制电流源特性
U R L
（1） 实验电路如图7-7所示。

（2） 根据表7-4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7-2）
表7-4 VCCS 的转移特性I 2=f(U 1)
（3） 根据表7-5中内容，测试VCCS 输出特性I 2=f(R L )，并计算m g 值。

表7-5 VCCS 输出特性I
+
2 −
图7-8 CCVS 实验线路
3． 测试电流控制电压源特性 （1） 实验电路如图7-8所示。

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

4． 测试电流控制电流源特性
R L
图7-9 CCCS 实验线路
（1） 实验电路如图7-9所示
（2） 根据表7-8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7-5）
（3） 根据表7-9中内容，测试CCCS 输出特性I 2=f(R L )，并计算β值。

表7-9 CCCS 输出特性I
五． 注意事项
1． 运算放大器输出端不能与地短路，输入高电压不宜过高（小于5V ），输入
电流不
能过大，应在几十微安至几毫安之间。

2．运算放大器应有电源（±12V或±15V）供电，其正负极性和管脚不能接错。

3．实验步骤3、步骤4，电流控制电压源、电流控制电流源，在实验操作过程中为了
能得到可调的且量程数值较小的电流（最小至µA级），可用可调直流稳压源和100kΩ可调电阻，串联1kΩ电阻完成，具体连接可参考下图7-10。

1kΩ
U S
图7-10
六．分析和讨论
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。