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实验六受控源的研究
实验六 受控源的研究
一、实验目的:研究受控源的基本特性,通过测试加深受控源的控制特性和负载特性的了解。
二、实验原理及电路图
1、实验原理:
1)理想运放在线性应用时有两个重要的特性:a.“虚断”:两个输入端的流进电流为零;b.“虚短”:两个输入端间的电压为零;
2)受控源:受控源由两条支路组成,其第一条支路是控制支路,呈开路或短路状态;第二条支路是受控支路,它是一个电压源或电流源,其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。受控源可以分成四种类型:电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电压源(CCVS)、电流控制电流源(CCCS)。
2、电路图及相关公式
1)VCVS:
A.转移特性:
图一
B.负载特性:
图二
VCCS:
A.转移特性:
图三
B.负载特性(两种):
图四
图五
三、实验环境:
面包板(SYB—130)、直流电源(IT6302),两个1000?电阻、一个100?电阻、电位器、导线、台式万用表、uA741运算放大器。
四、实验步骤:
在面包板上将电路连接如图一所示,调节U1的电压分别为0.1V、0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V,并记录对应万用表上的数据。
将电路连接如图二所示,设置U1为2.5V,并调节滑块,观察万用表上电压的变化,记录不同阻值时万用表的读数。
将将电路连接如图三所示,调节U1的电压分别为0.1V、0.5V、1.0V、1.5V、2.0V、2.5V,并记录对应万用表上的数据。
将电路连接如图四所示,设置U1为2.5V,并调节滑块,观察万用表上电压的变化,记录不同阻值时万用表的读数。
将电路连接如图五所示,设置U1为2.5V,并调节滑块,观察万用表上电压的变化,记录不同阻值时万用表的读数。
五、实验数据及分析
1、VCVS:
A.表一:转移特性(转移电压比)
U1/V 0.1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 U2/V 0.2012 1.0031 2.0053 3.0076 4.0023 4.929 μ 2.0120 2.0155 2.0053 2.0051 2.0012 1.9716 B.表二:负载特性(验证理想性),U1=2.5V
RL/k? 2.000 4.000 6.000 8.000 9.000 10.000 U2’/V 4.9135 4.9135 4.9135 4.9135 4.9135 4.9135
分析:由表一可知VCVS的转移电压比μ在实际测量中的平均值为2.0018,在实验误差允许的范围内,等于,U2的大小与U成线性关系;表二中无论负载电阻的阻值怎样变化,负载电路的输出电压一直保持不变,且大小符合表一中U1与U2的关系。结合表一和表二可知该电路中部分元件组成的电路为受控源,且输出电压受输入端电压U1的控制。
2、VCCS:
A.表三:转移特性
U1/V 0.1 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 I1/mA 0.10016 0.49982 0.99899 1.49822 1.99755 2.495 U1/I1(k?) 0.998 1.000 1.001 1.001 1.001 1.002 B.表四:负载特性(电路图四)U1=2.5
RL/k? 1.0 2.0 3.0 3.1 3.2 3.3 4.0 I1’/mA 2.476 2.476 2.476 2.476 2.468 2.457 2.223 C.表五:负载特性(电路图五)U1=2.5
RL/k? 2.0 4.0 5.0 6.0 8.0 9.0 10.0 I1’/mA 2.475 2.475 2.475 2.475 2.475 2.475 2.475
分析:
在实验误差允许的范围内,由表三可知转移电阻的阻值与U1/I1之间几乎相等;而由表五可知其输出电流在该种负载情况下不随负载电阻变化而发生变化且等于U1/R1;由表四可知在该种负载情况下当阻值大约在3.3k?之内时输出电流不随负载电阻的变化而发生变化。所以,在一定条件下(负载电阻小于3.3k?或像电路图五的负载情况),该电路中部分元件组成的电路为受控源,且输出电流受输入端电压U1的控制。
而表四中所发生的情况,通过结合以学知识,我们猜测可能和运放器的内部结构有关,或者是当负载阻值增大到一定程度,其在电路中对电流的影响变大且大到能被测出。
六、实验总结
通过本次实验,我加深受控源的控制特性和负载特性的了解。知道电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源(VCCS)的工作原理以及怎样去验证一个受控源的输出电压或输出电
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