受控源

受控源的实验研究

一、实验目的

1. 了解用运算放大器组成四种类型受控源(VCVS 、VCCS 、CCVS 、CCCS)的线路原理

2. 测试受控源转移特性及负载特性 二、原理说明

1. 运算放大器（简称运放）的电路符号及其等效电路如图4-1所示

U

n

U

U 0

(a) (b)

图4-1

运算放大器是一个有源三端器件，它有两个输入端和一个输出端，若信号从“+”端输入，则输出信号与输入信号相位相同，故称为同相输入端；若信号从“－”端输入，则输出信号与输入信号相位相反，故称为反相输入端。运算放大器的输出电压为

)(00n p u u A u -=

其中0A 是运算的开环电压放大倍数，在理想情况下，0A 与运放的输入电阻i R 均为无穷大，因此有

n p u u =

0==

ip

p p R u i 0==

in

n

n R u i 这说明理想运放具有下列三大特性

（1） 运放的“+”端与“—”端电位相等，通常称为“虚短路”。

（2） 运放输入端电流为零，即其输入电阻为无穷大。通常称为“虚断路”。 （3） 运放输出电阻为零

以上三个重要的性质是分析所有具有运放网络的重要依据。要使运放工作，还须接有正、负直流工作电源。

2、理想运放的电路模型是一个受控源—电压控制电压源（即VCVS ），如图4-2(b)所示，在它的外部接入不同的电路元件，可构成四种基本受控源电路，以实现对输出信号的各种模拟运算或模拟变换。

3、所谓受控源，是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的。当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压(或电流)成正比时，则该受控源为线性的。根据控制变量与输出变量的不同可分为四类受控源：即电压控制电压源（VCVS ）、电压控制电流源（VSCS ）、电流控制电压源（CCVS ）、电流控制电流源（CCCS ）。电路符号如图4-2所示。理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个变量为零，即从输入口看理想受控源或是短路（即输入电阻,0=j R 因而01=U ）或是开路（即输入电导

0=i G ，因而输入电流01=i ），从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或是一个理

想电流源。

VCVS

U 1+_

2+_

_

+U 1VCCS

(a) (b)

CCVS

_

+U 2

CCCS

(c) (d)

图4-2

4、受控源的控制端与受控端的关系称为转移函数 四种受控源转移函数参量的定义如下

（1） 电压控制电压源（VCVS ）

)(12U f U = 12/U U =μ称为转移电压比（或电压增益） （2） 电压控制电流源（VCCS ）

)(12U f I = 12/U I g m =称为转移电导 （3） 电流控制电压源（CCVS ）

)(12I f U = 12/I U r m =称为转移电阻 （4） 电流控制电流源（CCCS ）

)(12I f I = 12/I I =α称为转移电流比（或电流增益） 5、用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析 （1）压控电压源（VCVS ） 如图4-3所示

U1

+

_

图4-3

由于运放的虚短路特性，有 1u u u n p == 2

122R u R u i n == 又因运放内阻为∞，有21i i = 因此12

1212121222112)1()()(u R R R R R u R R i R i R i u +=+=

+=+=

及运放的输出电压2u 只受输入电压1u 的控制而与负载L R 大小无关，电路模型如图4-2（a ）所示。

转移电压比 2

1121R R u u +==

μ μ为无量纲，又称为电压放大系数。

这里的输入、输出有公共接地点，这种联接方式称为共地联接。

（2）压控电流源（VCCS ） 将图4-4的1R 看成一个负载电阻L R ，如图4-4所示，即成为压控电流源VCCS 。

U 1

2+_

+

_

图4-4

此时，运放的输出电流 R

u R u i i n R L 1

==

= 即运放的输出电流L i 只受输入电压1u 的控制，与负载L R 大小无关。电路模型如图4-2（b ）所示。

转移电导 )(1

1s R

u i g L m ==

这里的输入、输出无公共接地点，这种联接方式称为浮地联接 （３） 流控电压源（CCVS ） 如图4-5所示

由于运放的“+”端接地，所以0=p u ，“—”端电压n u 也为零，此时运放的“—”端称为虚接地点。显然，流过电阻R 的电流1i 就等于网络的输入电流S i 。

此时，运放的输出电压R i i u S R -=-=12，即输出电压2u 只受输入电流S i 的控制，与负载L R 大小无关，电路模型如图4-2（c ）所示。

转移电阻 )(2

Ω-==

R i u r s

m 此电路为共地联接。

R

2i s

i 1

图4-5

（４） 流控电流源（CCCS ） 如图4-6所示

i s

2

图4-6

1122R i R i u a -=-=

S L i R R i R R i R R i i i i )1()1(2

1121121121+=+=+

=+= 即输出电流只受输入电流S i 的控制，与负载L R 大小无关。电路模型如图4-2（d ）所示 转移电流比 )1(2

1R R

i i S L +==

α α为无量纲，又称为电流放大系数

此电路为浮地联接 三、实验设备 1 可调直流稳压电源 0~30V 1台 2 可调直流恒流源 0~200mA 1台 3 直流数字电压表 1台 4 直流数字毫安表 1台 5 可调电阻箱 0~Ω 1台 6

受控源实验电路板

1块

四、实验内容

本次实验中受控源全部采用直流电源激励，对于交流电源或其他电源激励，实验结果是一样的。

1. 测量受控源CCVS 的转移特性)(2S I f U =及负载特性)(2L I f U = 实验线路如图4-7。S I 为可调直流恒流源，L R 为可调电阻箱

CCVS

I S

图4-7