受控源实验指导书

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

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

2i 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

2i 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)

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 ）

图8-3所示电路是由运算放大器构成的电压控制电压源，图中是反馈电阻，

是负

载电阻。因为

，且

所以，

又因为

令

，称为转移电压比或电压增益，是无量纲的常数，则

；

可见，运算放大器的输出电压u L 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(2

f R R +

=μ。

U 10～30V

+

-U L

图8-3 VCVS 电路

（2）电压控制电流源（VCCS ）

图8-4所示电路是由运算放大器构成的电压控制电流源。因为

，所以，

令，称为转移电导，具有电导量纲，则

可见i L 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：2

1R g =

U 1

0～30V

+

-U L

图8-4 VCCS 电路

（3）电流控制电压源（CCVS ）

电流控制电压源的电路如图3-5所示。因为

，

，所以。令

，称为转移电阻，具有电阻的量纲，则

（14.2-4）

可见输出电压u L 受输入电流i 1的控制。其电路模型如图8－1（c ）所示。转移电阻为：

f R r =。

U L

-+

I 1

0～200mA

图8-5 CCVS 电路

（4）电流控制电流源（CCCS ）

电流控制电流源的电路如图8-6所示。因为

，

所以，

。令)+1(f R

R -=β，称为转移电流比或电流增益，无

量纲，则1L I I β= 。

可见输出电流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(f R R -=β

R 20k Ω

I 1

0～200mA

图8-6 CCCS 电路

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．NEEL －30B 组件。

四．实验内容

1．测试电压控制电流源（VCVS ）特性

按图8－3连接电路，图中，U 1用恒压源的可调电压输出端，调节负载电阻，使R L ＝2ｋΩ。

（1）测试VCVS 的转移特性U L =f （U 1）

调节恒压源输出电压U 1（以电压表读数为准）， 使U 1输出0～6V 电压，用电压表测量对应的输出电压U L 值。记入表8-1。在方格纸上绘出电压转移特性曲线，并在其线性部分求出转移电压比

。

。（2）测试VCVS的负载特性U L=f（R L）

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U L，将数据记入表8－2中。绘制负载特性曲线。

表8－2 VCVS的负载特性数据

按图8－4连接电路，图中，U1用恒压源的可调电压输出端，调节负载电阻，使R L＝2ｋΩ。

（1）测试VCCS的转移特性I L=f（U1）

调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），使U1输出0～4V电压，用电流表测量对应的输出电流I L值，将数据记入表8-3。绘制I L=f（U1）的曲线，并由其线性部分求出转移电导。

表8－3 VCCS的转移特性数据

L L

保持U1＝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 L，将数据记入表8－4中。绘制负载特性曲线。

表8－4 VCCS的负载特性数据

按图8－5连接电路，Ｉ1用恒流源，调节负载电阻，使R L＝2ｋΩ。

（1）测试CCVS的转移特性U L=f（I1）

调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），使其在0～3.5mA内取8个数值，用电压表测量对应的输出电压U L，将数据记入表8－5中。绘制U L=f（I1）曲线，并由线性部分求出转移电阻。

表8－5 CCVS的转移特性数据

（2）测试CCVS的负载特性U2=f（R L）

保持I1＝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U L，将数据记入表8－6中。绘制负载特性曲线。

表8－6 CCVS的负载特性数据

按图8－6连接电路，Ｉ1用恒流源，调节负载电阻，使R L＝2ｋΩ。

（1）测试CCCS的转移特性I L=f（I1）

调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），使其在0～3.5mA范围内取8个数值，用电流表测量对应的输出电流I L，I1、I L分别用NEEL－30B组件中的电流插座I1、I2测量，