第二章电路实验-实验4new

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1、2.4实验四运算放大器与受控源一、实验目的（1）加深对受控电源的理解。（2）学习运算放大器的使用方法，形成有源器件的概念。（3）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。二、实验仪器名称型号规格数量电路实验箱HPE-DL11个九孔方板297*300mm1块P8-I双头导线1m6条连接件P8-I双头导线0.2m6条短接片6个电阻1kΩ1个元件盒电阻2kΩ1个电阻5kΩ1个可变电阻箱ZX36（0～9999Ω/0.25W）1个直流稳压源HG64303(双路DC0～30V输出及固定DC5V输出)1台台式数字万用表GDM-8135

2、1台三、实验原理运算放大器是一种高增益，高输入阻抗和低输出阻抗的放大器，常用图2.4.1（a）所示电路符号来表示。它有两个输入端，一个输出端和一个对输入和输出信号的参考接地端。“＋”端为同相输入端，当信号从同相输入端输入时，输出信号与输入信号极性相同；“－”为反向输入端，当信号从反向输入端输入时，输出信号与输入信号极性相反。（a）（b）图2.4.1运算放大器的电路符号及等效电路当两输入端同时有电压作用时，输出电压uA(uu)00pn其中A称为运算放大器的开环放大倍数。理想情况下，A和输入电阻R为无穷大，00in因此有：uupnupi

3、0pRinuni0nRin上述式子表明：（1）运算放大器“＋”端与“－”端电位相等，通常称为“虚短路”；（2）运算放大器的输入端电流等于零，通常称为“虚断路”；（3）理想运算放大器的输出电阻很小，可以认为是零。这些重要性质是简化分析含有运算放大器网络的依据。运算放大器的电路模型为一受控电源，如图2.4.1（b）所示。在它的外部接入不同的电源元件，可以实现信号的模拟运算或模拟变换，它的应用极其广泛。含有运算放大器的电路是一种有源网络，本次实验将要研究由运算放大器组成的几种基本线性受控电源电路。（1）图2.4.2（a）所示是一个由运算放大

4、器构成的电压控制电压源（VCVS）。由于运算放大器的同相输入端“＋”和反相输入端“－”为“虚短路”，所以有uuupn1（a）（b）图2.4.2VCVS故uun1iR2RR22又因iiR1R2所以uR11uiRiRi(RR)(RR)(1)u2R11R22R212R12R122即运算放大器的输出电压u受输入电压u控制，其电压比为21uR211uR12无量纲，又称为电压放大系数。该电路是一个正相比例放大器，其输入和输出端有公共接地点，这种连接方式称为共地连接。（2）将图2.4.3（a）电路中的R看作一只负载电阻

5、，这个电路就成为一个电压控制型1电流源（VCCS），如图2.4.3（b）所示。运算放大器的输出电流uun1ii2RRR（a）（b）图2.4.3VCCS即i只受运算放大器输入电压u的控制，与负载电阻R无关。比例系数21Li12guR1g称为转移电导。（3）简单的电流控制电压源（CCVS）的电路如图2.4.4（a）。由于运算放大器的“+”端接地，即uu0，流过电阻R的电流即为输入端口的电流i。运算放大器的输出电pn1压uRi，它受电流i控制，比例系数211u2rRi1r称为转移电阻。（a）（b）图2.4.4CCVS（4）

6、运算放大器还可以构成一个电流控制电流源（CCCS），如图2.4.5（a）所示。（a）（b）图2.4.5CCCS由于??=−??2?2=−??3?3又?1=??2所以?2?2?2=??2+??3=?1+?1?=?1(1+?)33即输出电流i受网络输入端口电流i控制，与负载电阻R无关，其电流比为21L?2?2?==1+?1?3?称为电流放大系数。四、实验内容及步骤步骤1：测试电压控制电压源（VCVS）和电压控制电流源（VCCS）的受控特性。运算放大器的工作电源E、E由实验箱上的双路直流稳压电源±15V提供，请先用12万用表电压档测量确认±15V

7、的电压输出，确认无误后关闭电源开关再接到运算放大器上。?1使用直流稳压电源HG64303其中一组DC0～30V输出，请先将其输出电压调为零再接入电路。按图2.4.6接线，??为电阻箱、调至1kΩ，?2=1kΩ。电路接好后，先去掉?1，将运算放大器的同相输入端接到“地”，然后闭合运算放大器的工作电源E、E的电源开关。12运算放大器正常工作时，应有?2=0，?2=0。若?2≠0，可进行调零操作。调零后，将运算放大器的同相输入端从地断开，重新接入U，开始实验。1图2.4.6测试VCVS和VCCS的受控特性（1）按表2.4.1的要求、改变?1的值，

8、测量并记录U2及I2的值。表2.4.1U1（V）0.51.01.52.02.53.0U（V）2VCVSI(mA)2VCCSg(ms)（2）U1V，按表2.4.2的要求、改变电