运算放大器与受控源

实验八 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. 受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电流或电压的控制，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之间的不同组合，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：

21u u μ=其中：

2

1u 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：

21i gu =其中：

2

1m i g u =

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：

21u ri =其中：

2

1u r i =

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： 21i i β=

（5） 其中：

2

1i 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

运算放大器的电流符号如图8-2所示，具有两个输入端：同向输入端 u +和反向输入端 u -，一个输出端 o u 。放大倍数为 A ，则 ()o u 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，由此可得两个特性：

特性1： u u +-= 特性2： 0i i +-==

（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

11

1

R u i R =

221

2

R u u i R -=

由运算放大器的特性2可知：

21R R i i =代入 1

R i ， 2

R i 得：

2

211(1)R u u R =+

可见，运算放大器的输出电压 2u 受输入电压 1u 的控制，其电路模型如图8-1（a ）

所示转移电压比

211R R μ=+

）

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： 0u u -+==2R u Ri = 由运算放大器的特性2可知： 1R i i =代入上式，得： 21u Ri =

即输出电压 2u 受输入电流 1i 控制。 其电路模型如图8-1（c ）所示转移电阻为

2

1

u r R i =

=

三． 实验设备

1. 直流数字电压表，直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL —I 型为单独的MEL-06组见，

其余型号含在主控制屏上）

2. 恒压源（EEL-I,II,III,IV 均含在主控制屏上，根据用户的要求，有可能有两种配置（1

+6V(+5V),+12V,0 30V 可调成（2）0 30V 双路可调） 3. 恒流源（0 500mA 可调） 4. EEL-31组件或EEL-54组件

四． 实验内容

1. 测试电压控制电压源（VCVS ）特性

实验电路如图8-7所示，图中， 1U 用恒压源的可调电压输出端， 1210R R K ==Ω,

2L R K =Ω（用电阻箱）。

（1） 测试VCVS 的转移特性 21()U f U =

调节恒压源输出电压 1U （以电压表读数为准），用电压表测量对应的输出电压 2U ，将

数据记入表8-1中。

表8-1 VCVS 的转移特性数据

1

2

3

4

1/U V .002

1.002

2.002

3.002

4.002

'2/U V

0.485 6.005 6.005 6.005 8.004

改变电阻 1R ，使其 1R =20 K Ω，按上述方法测量对应的输出电压，用 '

2U 表示，并将数据记入表

8-1中。

2. 测试电流控制电压源（CCVS ）特性

实验电路如图8-9所示，图中， 1I 用恒流源，r3=3K Ω,r5=2K Ω

（1）

21()U f U

调节恒流源输出电流 1I （以电流表读数为准），用电压表测量对应的输出AB 两点间电压

2U ，将数据记入表8-5中

表8-5 CCVS 的转移特性数据

1/I mA 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

3.5 2/U V

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

其转移系数为-2k ，将A,B 两点反过来转移系数即为2k 。

3电阻电压变换器的实现

电路图如图，变换系数为η=-0.001。

A

B

五．注意事项

在试验中当控端电压大于4v时受控端电压不再线性增长，但当提高运放电压时，受控电压随之增长，我们用信号源代替直流源，用示波器观察其波形如下

降低控制电压或提高电源电压时的波形

可发现其不再失真.

六．预习与思考题