運算放大器與受控源

運算放大器與受控源一、 實驗目的：1、 熟悉電壓控電壓源、電壓控電流源、電流控電壓源、電流控電流源的特性；2、 學會自己設計電路實現(xiàn)受控源；3、 了解Multism軟件的使用，學會繪制簡單的電路圖；4、 了解運算放大器的工作原理和使用方法；二、 實驗環(huán)境儀器：數(shù)字萬用表、電路實驗箱；軟件：Multisim軟件；三、 實驗原理通常將運放視為理想運放，即將運放的各項技術指標理想化，理想運放在線性應用時的兩個重要特性：虛短： 因為理想運放的電壓放大倍數(shù)很大，而運放工作在線性區(qū)，是一個線性放大電路，輸出電壓不超出線性范圍（即有限值），所以，運算放大器同相輸入端與反相輸入端的電位十分接近相等。在運放供電電壓為士15V時，輸出的最大值一般在10?13V。所以運放兩輸入端的電壓差，在1mV以下，近似兩輸入端短路。這一特性稱為虛短，顯然這不是真正的短路，只是分析電路時在允許誤差范圍之內的合理近似。虛斷： 由于運放的輸入電阻一般都在幾百千歐以上，流入運放同相輸入端和反相輸入端中的電流十分微小，比外電路中的電流小幾個數(shù)量級，流入運放的電流往往可以忽略，這相當運放的輸入端開路，這一特性稱為虛斷。顯然，運放的輸入端不能真正開路。運用“虛短”、“虛斷”這兩個概念，在分析運放線性應用電路時，可以簡化應用電路的分析過程。運算放大器構成的運算電路均要求輸入與輸出之間滿足一定的函數(shù)關系，因此均可應用這兩條結論。如果運放不在線性區(qū)工作，也就沒有“虛短”、“虛斷”的特性。如果測量運放兩輸入端的電位，達到幾毫伏以上，往往該運放不在線性區(qū)工作，或者已經(jīng)損壞?；谏鲜鰞蓷l性質，運用電路分析知識可以分析出電路中的放大情況。1、電壓控制型電壓源（VCVS）如圖：

根據(jù)虛短虛斷特性，u+=u-=u1,i=u+/R2,u2=（R1+R2）i。則有U=(R1+R2)/R2,u2=|iu1。2、電壓控制型電流源（VCCS）如圖:卜7+_玖%T+c 卜7+_玖%T運算放大器輸出電流為 i2=iR=u1/R，即只受輸入電壓控制，與負載電阻無關（實際上Rl為有限值）。轉移電導為：g=1/R。輸入、 輸出無公共接地點，這種聯(lián)接方式稱為浮地聯(lián)接。

3、電流控制型電流源（CCVS）如圖:由于運算放大器的“虛地”特性，流過電阻R的電流即為輸入電流i1。運算放大器的輸出電壓為u2=-i1R，即輸出電壓u2受輸入電流i1控制。轉移電阻為：r=-R。4、 電流控制型電流源（CCCS）如圖:由于正相輸入端“+”接地，“一”端虛地，電路中輸出端電流i2=iR1+iR2=i1（R1+R2）/R2，即輸出電流i2受

輸入電流il控制，與負載電阻無關。輸出電流比為8二i2/i1=(R1+R2)/R2。四、 實驗內容1、 設計電壓控電壓源、電壓控電流源電路；2、 按電路圖連接電壓控電壓源電路，萬用表自檢；3、 用萬用表測量各個電阻的實際阻值；4、 連接電路，在電壓控電壓源處注意負極應該連在一起；5、 測量電路輸入輸出端的電壓，改變輸入電壓或轉移電阻，并記錄數(shù)據(jù)；6、 按電路圖連接電壓控電流源電路，重復上述步驟；五、 實驗過程1、 設計電壓控電壓源、電壓控電流源電路如圖：+◎R(+◎R(電壓控電壓源)注：為了測量數(shù)據(jù)全面，在實際過程中R2用滑動變阻器來代+◎Ua+◎Uar2Rl2、（電壓控電流源2、按電路圖連接電壓控電壓源電路，并進行萬用表自檢。連接電路時因注意正負極是否接反，且應先關閉電源開關。輸入電源可以先調小一點;3、測量相應電阻阻值并記錄，使得輸出電壓或電流不要過大；4、打開電源開關，測量輸入電壓和輸出電壓并記錄；5、修改輸入電壓或者相應電阻，繼續(xù)測量輸入電壓、輸出電壓和相應電阻阻值并記錄；6、 按電路圖連接電壓控電流源電路，重復2-5步，但是將測量對象從輸出電壓改變?yōu)檩敵鲭娏鳎唬ㄗ⒁馊f用表串聯(lián)進入電路，謹防造成短路）7、分析數(shù)據(jù)，列表，完成實驗報告。六、數(shù)據(jù)記錄與分析1、電壓控電壓源附：R1=10.11KQ口二(R1+R2)/R2

R2(KQ)1.011.012.042.992.992.99輸入電壓(V)0.01110.0220.0300.5010.4020.201輸出電壓(V)0.1320.2500.2042.201.7590.887U(理論)11.0111.015.964.384.384.38U(實際)11.9511.366.804.394.394.41分析：由于數(shù)據(jù)類型較多，不便于制作圖表，此處略過。在本次實驗中通過變化R2的阻值和輸入電壓測得多組數(shù)據(jù)，并將理論U值與實際U值相比較，在誤差允許范圍內還是比較成功的。部分數(shù)據(jù)可能由于輸出電壓太小時不是很穩(wěn)定，或者接觸不良，或者一些人為原因或者硬件損傷產(chǎn)生了一定誤差，但是總體而言還是比較成功的實現(xiàn)了電壓控制的受控電壓源。(出于真實性考慮并未舍棄誤差較大的數(shù)據(jù)，在此僅供參考)2、電壓控電流源R=52Q，R0=4.7KQ，g=1/R=0.0192輸入電壓(V)0.03060.04000.04910.0760.101輸出電流(mA)0.6120.8130.9721.501.977g0.020.2030.01980.1970.0196分析：由于具體實驗過程中放大器可以輸出的電流有一個較低的上限，電路板上的電位器又不甚靈敏，因此轉移電導選取固定值1/52,在此情況下進行數(shù)據(jù)的測量和錄入。輸入電壓和輸出電流倍數(shù)相差較大，測量時容易失誤，在多次調整后得到了想要的數(shù)據(jù)。在這組數(shù)據(jù)里如果忽視掉由于萬用表的量程和精度產(chǎn)生的讀數(shù)誤差，精確度還是相當高的，與理論值非常接近，可以比較有說服力的證明了電壓控制電流源的實現(xiàn)。結合圖表也可以發(fā)現(xiàn)，輸出電壓與輸出電流幾乎呈線性關系。七、實驗總結在電路分析的課堂上學過放大器和受控源之后終于自己動手做了受控源。由于硬件條件限制只制作了電壓控電壓源和電壓控電流源。老師說電路是一個問題，好吧，我覺得這個還好，硬件才是問題。由于一些靈敏度的問題，使得讀數(shù)頻繁出錯，得很有耐心才能測好。另外要注意接電路時要關電源，正負極要接對，還要有一個保護電阻。測量過程中發(fā)現(xiàn)了兩個問題，應該引以為戒。一是測量電阻時一定要關閉電源，這個問題這次第一次暴露，由于電源電壓并不大，對測量出的電阻數(shù)據(jù)影響也并不是特別明顯，容易被護士呢，但是在數(shù)據(jù)分析過程中就會有明顯的錯