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u2受输入电压u1的控制，其 电压比为： ， 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

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。

电压控制型电流源 电压控制型电流源

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

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 。

电流控制电流源模型 电流控制电流源电路

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

双路稳压电源

电路实验板

直流电流表

数字万用表

可调电阻箱

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。 给定值 u1 /V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 VCVS 测试值 实测 u2 /V 计算值

图5.2.10 VCVS实验电路

（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。 给定值 RL /Ω 1k 2k 4k 8k VCVS 测试值 u2 / V

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 。 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 。 给定值 RL / V 1k 2k 3k 4k 5k VCCS 测试值 i2 / mA 计算值 实测

图5.2.11 VCCS实验电路

给定RL=5kΩ，R=2kΩ ，改变 u1 / V 。 给定值 u1/ V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 VCCS 测试值 i2/mA 计算值

给定 ，测定电流控制型电压源性能，并计算 。 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 。 给定值 R1 / Ω 1k 2k 3k 4k 5k 测试值 i1 /mA u2 / V 计算值 实测

图5.2.12 CCVS实验电路

将R1改为固定电阻2kΩ， ，在 输出端接入可调变阻箱RL 给定值 RL/ Ω 1k 2k 4k 8k CCVS 测试值 i1 /mA u2/ V

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 。 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

给定值 RL / Ω 1k 2k 3k u1=2.0V ，R1=R2=R3=2kΩ 测试值 i1 / mA u2 / V 计算值 β 实测

令RL=2kΩ，R1接可调电阻箱，测量电流控制型 电流源的特性 给定值 R1 /Ω 1k 2k 4k 8k CCCS 测试值 i1 /mA i2 / mA u2 /V

实验报告 计算各受控源的 、 、 和 。 分析各受控源的伏安特性。

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。

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？ 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。

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。

实验相关知识 预习要求 相关知识点 注意事项

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

相关知识点 电路和电路元件的分类 受控电源

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。

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。

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。

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

四、实验用详细电路图 电压控制电压源

2.电压控制型电流源

3.电流控制型电压源电路

4.电流控制电流源模型

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：

电流控制型电压源CCVS： 电流控制型电流源CCCS：

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： 。

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

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 u1/ V u2/ V μ 实测 给定值 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 VCVS 测试值 0.515 1.003 1.477 2.073 2.556 u2/ V 1.027 2.007 2.950 4.135 5.101 计算值 μ 1.994 2.001 1.995 1.996 实测

在输出端接入可调电阻箱RL，改变阻值 RL /Ω u2 / V 给定值 1k 2k 4k 8k VCVS 测试值 2.021 2.000 2.012 2.020

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 。 i2/mA 实测 给定值 RL /Ω 1k 2k 3k 4k 阻箱，并计算 。 给定值 RL /Ω 1k 2k 3k 4k 5k VCCS 测试值 i2/mA 1.0 计算值 0.5 实测

，改变 u1 （2）给定 u1 / V i2 /mA 给定值 1.0 2.0 3.0 VCCS 测试值 1.02 2.00 2.98 0.51 1.00 1.50 计算值 0.5 。

(1)给定u1=3.0V，R=2kΩ，测定CCVS性能，并 计算 。 3.测定电流控制型电压源的特性。 (1)给定u1=3.0V，R=2kΩ，测定CCVS性能，并 计算 。 给定值 RL /Ω 1k 2k 3k 4k 5k 测试值 i1 /mA 3.07 1.54 1.03 0.78 0.62 u2/ V -6.175 -3.090 -2.061 -1.587 -1.238 计算值 -2.01 -2.0 -2.03 实测

(2)将R1换为固定电阻2kΩ， ，在输 出端接入可调变阻箱RL 。 RL /Ω i1 /mA u2/ V 给定值 500 2k 4k 8k CCVS 测试值 i1 /mA 1.54 1.55 u2/ V -3.082 -3.089 -3.086 -3.085

4.测定电流控制型电流源的特性， (1)给定 ，测定RL 由 变化时i1、u2（由此算得i2 ）值，并计 算 。 RL /Ω i1 /mA 算 。 给定值 RL /Ω 1k 2k 3k 测试值 1.01k 2.01k 3.02k i1 /mA 0.98 u2/ V 1.945 3.889 5.833 计算值 i2 /mA 1.94 β 1.98 实测

(2)令 ，R1接可调电阻箱。 给定值 RL /Ω 2k 4k 8k CCCS 测试值 i1 /mA 1.0 0.5 0.25 i2 /mA 2.05 1.05 0.52 u2/ V 4.039 2.028 1.016

七、实验数据分析 1.电压控制电压源： 理论值： 实验值： ，具体计算结果参见表5.2.1 2.电压控制电流源： 实验值： ，计算结果参见表5.2.3

3.电流控制电流源： 理论值： 实验值： ，计算结果参见表5.2.5 4.电流控制电流源： 实验值： ，计算结果参见表5.2.7

八、实验结果 实验数据表明：电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源的基本特性与理论相符。