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运算放大器与受控电源

运算放大器与受控电源. 实验目的 实验原理 实验仪器 实验步骤 实验报告要求 实验现象 实验结果分析 实验相关知识 实验标准报告. 实验目的. 加深对受控电源的理解 。 学习运算放大器的使用方法，形成有源器件的概念 。 测量电压控制型电流源和电压源，电流控制型电流源和电压源的特性。. 实验原理. 电压控制型电压源（ VCVS ） ： 由于运算放大器的输入端 “ + ” 、 “ − ” 为虚短 路，所以 又由于运算放大器的虚断特性，故有： 考虑以上关系有：. 即运算放大器的输出电压 u 2 受输入电压 u 1 的控制，其

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运算放大器与受控电源

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Presentation Transcript

  1. 运算放大器与受控电源 • 实验目的 • 实验原理 • 实验仪器 • 实验步骤 • 实验报告要求 • 实验现象 • 实验结果分析 • 实验相关知识 • 实验标准报告

  2. 实验目的 • 加深对受控电源的理解。 • 学习运算放大器的使用方法，形成有源器件的概念。 • 测量电压控制型电流源和电压源，电流控制型电流源和电压源的特性。

  3. 实验原理 • 电压控制型电压源（VCVS ）： 由于运算放大器的输入端“+”、“−”为虚短 路，所以 又由于运算放大器的虚断特性，故有： 考虑以上关系有：

  4. 即运算放大器的输出电压u2受输入电压u1的控制，其即运算放大器的输出电压u2受输入电压u1的控制，其 电压比为： ， 称为电压放大系数。该电路是一个同相比例放 大器。 电压控制型电压源模型 电压控制型电压源电路

  5. 电压控制型电流源VCCS: 运算放大器输出电流为 ，即只受 输入电压 控制，与负载电阻无关（实际上 为有 限值）。转移电导为： 。 输入、 输出无 公共接地点，这种联接方式称为浮地联接。

  6. 电压控制型电流源 电压控制型电流源

  7. 电流控制型 电流源（CCVS）: 由于运算放大器的“虚地”特性，流过电阻R的 电流即为输入电流i1。运算放大器的输出电压为 ，即输出电压u2受输入电流i1控制。转移电 阻为： 电流控制型电压源模型 电流控制型电压源电路

  8. 电流控制型电流源（CCCS）: 运算放大电路如图5.2.9（a）所示。由于正相输 入端“+”接地，“－”端虚地，电路中d点的电压 为 ，电流为 ，输 出端电流 ，即输出电流i2 受输入电流i1控制，与负载电阻无关。输出电流比 为 。

  9. 电流控制电流源模型 电流控制电流源电路

  10. 实验仪器 • 双路稳压电源 1台 • 有源电路实验板1块 • 直流电流表2只 • 数字万用表1只 • 可调电阻箱1只

  11. 双路稳压电源

  12. 电路实验板

  13. 直流电流表

  14. 数字万用表

  15. 可调电阻箱

  16. 实验步骤 1.按图5.2.10测定电压控制型电压源的特性。 （1）给R1=R2=2kΩ定，按照表5.2.1测定VCVS性能，并计算μ。 表5.2.1

  17. 图5.2.10 VCVS实验电路

  18. （2）在输出端接入可调RL电阻箱，改变阻值， u1=1.0V ，测量电压控制型电压源的输出电压。

  19. 按图5.2.11测定电压控制型电流源的特性。 • 给定u1=2V ，R=2kΩ，RL接可调电阻箱，按照下表测定VCCS性能，并计算 。 实测

  20. 图5.2.11 VCCS实验电路

  21. 给定RL=5kΩ，R=2kΩ，改变 u1 / V。

  22. 按图5.2.12测定电流控制型电压源的特性 • 给定 ，测定电流控制型电压源性能，并计算 。 实测

  23. 图5.2.12 CCVS实验电路

  24. 将R1改为固定电阻2kΩ， ，在 输出端接入可调变阻箱RL

  25. 按图5.2.13测定电流控制型电流源的特性。 • 给定 u1=2.0V ，R1=R2=R3=2kΩ，测定RL由0～3kΩ变化时，i1、u2的值 。（由此算得 i2值），并计算 β。 图5.2.13 CCCS实验电路

  26. 实测

  27. 令RL=2kΩ，R1接可调电阻箱，测量电流控制型 电流源的特性

  28. 实验报告 • 计算各受控源的 、 、 和 。 • 分析各受控源的伏安特性。

  29. 实验现象 • 电压控制型电压源：输出端的电压随输入端的电压变化而变化。 • 电压控制型电流源：输出端的电流随输入端的电压变化面变化。 • 电流控制型电压源：输出端的电压受输入端电流控制。 • 电流控制型电流源：输出端的电流受输入端的流控制。

  30. 实验结果分析 • 电压控制型电压源电路中的 R1和电流控制型电压源中的R对受控电源的参数起着什么作用？ 答： R1越大电压控制型电压源的电压放大系数越大。R越大电流控制型电压源的转移电阻越大。 • 在有源电路实验中，影响测试精度的主要因素是什么？ 答：影响高度精度的主要因素：电路中电阻的精度。

  31. 为什么输入电压或电流要在规定的范围内？ 答：使运算放大器工作在线性放大区域。

  32. 实验相关知识 • 预习要求 • 相关知识点 • 注意事项

  33. 预习要求 • 预习运算放大器的工作原理和使用方法 • 预习正、负电源的连接方法 • 预习四种受控电源的基本原理及特性

  34. 相关知识点 电路和电路元件的分类 受控电源

  35. 注意事项 • 在做此实验前，应检查运算放大器是否正常工作。 • 运算放大器输出端不能与地短路，且输出电压不宜过高（应小于10V）。 • 运算放大器外部电路需要改接时（包括改变负载电阻的阻值），应当先切断供电电源是否正常。

  36. 实验标准报告 一、实验目的 • 加深对受控电源的理解。 • 学习运算放大器的使用方法，形成有源器件的概念。 • 测量电压控制型电压源和电流源，电流控制型电压源和电流源的特性。

  37. 二、实验内容 • 电压控制型电压源的特性。 • 测定电压控制型电流源的特性。 • 测定电流控制型电压源的特性。 • 测定电流控制型电流源的特性。

  38. 三、实验仪器、设备 双路稳压电源 1台 电路实验板 1块 直流电流表 2只 数字万用表 1只

  39. 四、实验用详细电路图 • 电压控制电压源

  40. 2.电压控制型电流源

  41. 3.电流控制型电压源电路

  42. 4.电流控制电流源模型

  43. 五、实验有关原理，所应用的公式 1.受控电源是多端元件，具有一个以上支路，而且 元件中一个支路上的支路电压或电流受到其他支路 的电压或电流控制。受控电源可分为四类： • 电压控制型电压源VCVS： • 电压控制型电流源VCCS：

  44. 电流控制型电压源CCVS： • 电流控制型电流源CCCS：

  45. 2.在运算放大器外部接以不同的电阻器所构成的电路，可以实现不同类型的受控电源。2.在运算放大器外部接以不同的电阻器所构成的电路，可以实现不同类型的受控电源。 （1）VCVS： 运算放大器的输出电压u2受输入电压u1的控制， 其电压比为： ，称为电压放大系数。该电 路是一个同相比例放大器。 （2） VCCS： 运算放大器输出电流 i2只受输入电压u1控制，与 负载电阻RL无关（实际上RL为有限值）。转移电导 为： 。

  46. 该电路输入、输出无公共接地点，这种联接方式称该电路输入、输出无公共接地点，这种联接方式称 为浮地联接。 （3）CCVS： 由于运算放大器的“虚地”特性，流过电阻R的 电流即为输入电流i1。运算放大器的输出电压为 u2 =－i1R，即输出电压u2受输入电流i1控制。转移电 阻为： 。 （4）CCCS： 运算放大器的输出电流i2受输入电流i1控制，与 负载电阻RL无关。输出电流比为

  47. 六、实验数据记录 • 测定电压控制型电压源的特性。 给定R1=R2=1kΩ，测定VCVS性能，并计算μ 实测

  48. 在输出端接入可调电阻箱RL，改变阻值

  49. 2.测定电压控制型电流源的特性。 （1）给定 ，RL接可调电 阻箱，并计算 。 实测

  50. ，改变 u1 （2）给定 。

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