电工技能培训专题-受控源特性的研究

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1、实验三实验三 受控源特性的研究受控源特性的研究 一 、实验目的、实验目的 1 熟悉四种受控源的基本特性。 2 掌握受控源转移参数的测试方法。 二二、实验原理实验原理 受控源也是一种电源；它对外可提供电压或电流，但它与独立源不同：受控电压源的电 压受其它支路的电流或电压的控制； 受控电流源电流受其他支路的电流或电压控制， 故受控 源又称为非独立电源。当受控源的电压和电流（称为受控量）与控制支路的电压或电流（称 为控制量）成正比例变化时，受控源是线性的。根据受控量与控制量的性质，受控源可分为 四类种（如图 31 所示为四种共地受控源） ： 图 31 1 电流控制电流源 CCCS； 2 电压控制电流

2、源 VCCS； 3 电压控制电压源 VCVS； 4 电流控制电压源 CCVS。 受控源是从电子器件（电子管、晶体管、场效应管和运算放大器等）中抽象出来的一种 模型，用来表征电子器件的电特性。.由于电子器件的出现和广泛使用在现代电路理论中， 受控源已经和电阻、电容、电感等元件一样，成为电路的基本元件。 受控源对外提供的能量， 既非取自控制量又非受控源内部产生的， 而是由电子器件所需 的直流电源供给。 所以受控源实际上是一种能量转换装置， 它能够将直流电能转换成与控制 量性质相同的电能。 图 31 所示的四种理想受控源中，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。换言之，从受控源

3、的入口看，或者是短路(输入电阻 Ri=0 及输入电压 Ui=0)， 或者是开路（输入电导 G=0 及输入电流 I=0） 。 从受控源的出口看， 或是一理想电流源或 者是一理想电压源。 表 31 名称 参数 CCCS VCCS CCVS VCVS H 0 00 Y 0 00 m g Z 0 00 m r G 0 00 A 0 0 0 0 1 0 0 m g 0 0 1 0 m r 0 0 0 1 受控源的受控量与控制量之比称为转移函数。 四种受控源的转移函数分别用 、 gm、 、 和 rm 表示。它们的定义如下： 1 CCCS： =i2/i1转移电流比（电流增益） 。 2 VCCS： gm=i2

4、/u1 转移电导。 3 VCVS： =u2/u1转移电压比（电压增益） 。 4 CCVS： rm=u2/i1 转移电阻。 受控源在线性条件下， 有关线性定常双口网络的各种方程及其等效电路同样适用于含受 控源的有源网络。 不同种类的受控源也可以象无源双口网络一样进行各种连结， 其合成后等 效受控源的参数也与无源双口网络一样进行计算， 表 1 给出了四种理想受控源的各种参数矩 阵以供参考。 以上介绍的是理想的受控源，我们实验室中采用的是由运算放大器组成的四种受控源. 具体电路介绍如下： 1 VCVS 实现 VCVS 的电路如图 3-2(a)所示， (a) (b) 图 32 根据运放特性有0 ba

5、ii， ba UU，故 43 ii， 即， 2 2 1 R UU R U bb 即， 2 2 1 R UU R U aa 故得， aa UU R RR U 1 21 2 式中 =(R1+R2)/R1为电压放大系数。.根据上式可作出其等效电路如图 32(b)所示，可 见此电路为 VCVS 电路。由于 R1=R2，故 =2。又因输出端与输入端有公共的“接地”端， 故这种接法称之为“共地”连接。 2VCCS 实现 VCCS 的电路如图 3-3（a）所示，因有 R ii 2 ，故有： R U R U i ab R am a R Ug R U ii 2 式中 gm = - 1/R 为转移电导。 (a)

6、(b) 图 33 如图 33(b)所示为其等效电路是 VCCS 电路， 即输出端电流 i2只受输入端电压 ua的控 制，而与负载电阻 RL无关。因输出与输入无公共“接地”端，故这种电路为“浮地”连接。 3CCVS 实现 CCVS 的电路如图 34(a)所示。因有 21 ii 2 2 1 1 R U R U i b 故得， 112 1 22 iriR R U RU m b 式中， 2 Rrm (a) (b) 图 34 其等效电路如图 34(b)所示为 CCVS 电路，且为“共地”连接。 4CCCS 实现 CCCS 的电路如图 35(a)所示 (a) (b) 图 35 因有， 21 ii 故有，

7、FF RiRiU 123 又有， 1 33 3 3 )(i R R R U i F 故有 ， 11 3 1 3 123 1)(ii R R i R R iiii FF L 式中 = -1+(RF / R3)为 电流放大系数， 其等效电路如图 35 （b） 所示， 可见为CCCS 电路。又因输出端与输入端无公共的“接地”点，故为“浮地”连接。 三、实验内容三、实验内容 （一） VCVS 的转移特性 u2=f(u1)和负载特性 u2=f(iL)研究。 图 36 (1) 零点漂移。按图 36 接线，当输入电压为零，RL=1K时测量 u2。 (2)固定 RL=1K调节稳压电源的输出电压，测量相应的 u

8、1和 u2值。数据填入表 32 中。 表 32 )( 1 Vu 1 2 4 5 6 7 8 -1 -2 -4 -5 -6 -7 -8 )( 2 Vu 注意：在实验报告中，将 u 2=f(u1)画在坐标纸上，并在其线性部分标出 = uu2 1 (3)保持 u1=2V，调节 RL，测量出相应的 u1和 u2值，计算出 i2。数据填入表 33 中。 表 33 )( L R 50 70 100 200 300 400 500 1000 2000 )( 2 Vu )(mAiL 画出理论与实验测得的负载特性曲线。 （二） VCCS 的转移特性 i2=f(u1)的研究。 图 37 (1)零点漂移。按图 37

9、 接线，当输入电压为零，RL=1K时，测量 u2。 (2)固定 RL=1K， 调节电压源的输出电压， 测量相应的 u1和 u2， 计算出 i2 (注意参考方向) ， 数据填入表 34 中。 表 34 )( 1 Vu 1 2 4 8 12 13 14 -1 -2 -4 -8 -12 -13 -14 )( 2 Vu )( 2 mAi （三） CCVS 的转移特性 u2=f(i1)的研究。 (1)零点漂移。按图 38 接线，当输入电压为零， RL=1K时，测量u2。 (2)固定 RL=1K，调节电压源的输出电压，测量相应的 1 u、 1 u (为了计算 i1)和 2 u值。数 据填入下表 35 中。

10、 图 38 表 35 )( 1 Vu 1 2 3 4 5 6 -1 -2 -3 -4 -5 -6 )( 1 Vu )( 1 mAi )( 2 Vu (四)CCCS 的转移特性)( 12 ifi 的研究。 图 39 电路图如图 39 所示，自己写出实验步骤和数据表格？ 四四、预习与思考题预习与思考题 1 复习有关受控源的知识， 阅读实验原理和说明， 熟悉实验中用到的仪器设备的使用方法。 2 受控源和独立源有何异同？ 3 受控源的控制特性是否适合于交流信号？ 4 如何由二个基本的 CCVS 和 VCCS 获得其它二个 CCCS 和 VCVS， 它们的输入和输出如 何连接？ 5 写出测量 CCCS

11、转移特性的实验步骤？ 6 如何用双踪示波器观察“浮地”受控源的转移特性？ 五、注意事项五、注意事项 1 运算放大器输出端不能与地短路,输入电流不能过大,应为几十到几百微安之间。 2 运算放大器应有电源（15V）供电，其正负极性和管脚不能接错。 六、实验报告要求六、实验报告要求 1 简述实验原理，实验目的，画出各实验电路图，整理实验数据。 2 根据实验数据分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参 数，分析误差原因。 3 总结受控源的特点，以及实验的体会。 4 回答思考题。 七、实验设备七、实验设备 1双路可调直流稳压源一台 2数字式万用表一块 3 受控源实验板二块 4 可变电阻箱二个