受控源研究实验报告.doc

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1、受控研究实验报告受控得研究 实验报告一、实验目得: :1、获得运算放大器得感性认识，了解由运算放大器组成各类受控得原理与方法,理解受控得实际意义.2、掌握受控特性得测量方法。通过测试受控得外特性及其转移参数，进一步理解受控得物理概念,加深对受控得认识与理解。二 、实验原理: :1 1 、运算放大器得基本原理( ( 在上一次实验中已经介绍了，本次再补充说明一下）运算放大器就是一种有二端口元件，图 3-1 就是理想运算放大器得模型及其电路符号.它有两个输入端,一个输出端与一个对输入、输出信号得参考地线端信号从“-”端输入时，其输出信号 U0 与输入信号反相,故称“-”端为反相输入端;信号从“+”端

2、输入时,其输出信号0 与输入信号同相,故称“”端为同相输入端。0 为输出端得对地电压,AO 就是运放得开环电压放大倍数，在理想情况下,AO 与输入电阻 Ri 均为无穷大,而输出电阻 RO 为零.理想运算放大器得电路模型为一个受控,它具有以下重要得性质：当输出端与反相输入端“-”之间接入电阻等元件时，形成负反馈。这时，“”端 与“”端就是等电位得,称为“虚短,若其中一个输入端接地，另一输入端虽然未接地,但其电位也为0,称它为“虚地”;理想运算放大器得输入端电流约等于 0.上述性质就是简化分析p 含有运算放大器电路得重要依据。本实验将研究由运算放大器组成得4种受控电路得特性,选用L41型或M32型

3、得集成运算放大器M4运算放大器得引脚功能如图 32 所示。2 2 、由运算放大器构成四种受控得原理（1)电压控制电压(VCVS)上图电路就是由运算放大器构成得电压控制电压，图中就是反馈电阻,就是负载电阻。因为，且所以，又因为令 ,称为转移电压比或电压增益,就是无量纲得常数，则（)电压控制电流（CS）上图电路就是由运算放大器构成得电压控制电流。因为，所以,令,称为转移电导,具有电导量纲，则）3-、41(3)电流控制电压(CCVS）电流控制电压得电路如上图所示.因为，,所以。令,称为转移电阻,具有电阻得量纲,则(4、2)(4)电流控制电流（C)电流控制电流得电路如图 3-所示。因为,所以，。令,称

4、为转移电流比或电流增益,无量纲,则三、实验内容：1 1 、测试电压控制电压( ( CVS) 特性(1)实验电路图：)（ ：录记据数验实输入电压/V 0、490 0、3 、2 0、66 0、094 、000 输出电压/V (未接负载）、967 0、79 、586 0、39 0、184 、00 输出电压/ (接负载）、96 0、8 0、583 0、366 、83 、00 （3)实验分析p :从以上表格显示可知，实验结果与理论结论一致。2 2 、测试电压控制电流 (V C C ) ) 特性)( ：路电验实 (2）实验数据记录：输入电压/V 0、50 0、9 、298 、97 、09 0、000 输出

5、电流/m 0、49 0、34 、296 、95 、09 0、 (未接负载）输出电流/mA (接负载) 0、491 0、397 、2 0、9 0、098 、00 (3）实验分析p ：从以上表格显示可知,实验结果与理论结论一致。四、实验注意事项：1、用电流供电得实验中,不要使电流得负载开路。2、实验结束后,拔除电插头,使之断电。3、输入电压在 0、V 以内 五、实验总结及心得: :操者或骤步些有对中验实在致导，够不握掌识知论理得控受对于由但，单简为较验实本作不就是很熟悉，这个问题得靠平时积累以及电路分析p 课程得透彻学习与理解.有所进步得就是对于万用表得使用与电路得连接。第一章 电路模型和基尔霍夫

6、定律3讲授板书1、掌握电压、电流的概念、用法及特性；2、熟悉受控的用法；3、掌握基尔霍夫定律的应用。1、电压、电流用法及特性2、基尔霍夫定律的应用受控的概念及用法1.组织教学 5分钟 2.复习旧课3.讲授新课70分钟电路元件特性1）电压及电流25 4.巩固新课2）受控3）基尔霍夫定律305.布置作业5分钟5分钟5分钟一、学时：2二、班级：06电气工程（本）/06数控技术（本）三、教学内容：讲授新课：第一章电路模型和电路定律（电压和电流的概念及特点受控的概念及分类基尔霍夫定律）18电元件 (independent source)1.理想电压1）定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，且电压

7、值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压。2）电路符号3）理想电压的电压、电流关系(1)电两端电压由电本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。(2)通过电压的电流由电及外电路共同决定。伏安关系曲线如下图示：实际电流可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。 4）电压的功率 在电压、电流的非关联参考方向下；P = us i物理意义：电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功电发出功率。例13图示电路，当电阻R在0之间变化时，求电流的变化范围和电压发出的功率的变化。 解：（1）当电阻为R时，流经电压的电

8、流为：电发出的功率为：表明当电阻由小变大，电流则由大变小，电发出的功率也由大变小。（2）当（3）当，则 ，则的极端情况，电流 ， 由此例可以看出：理想电压的电流随外部电路变化。在从而电压产生的功率，说明电压在使用过程中不允许短路。例14计算图示电路各元件的功率。 解：（发出） （吸收）（吸收）满足：P（发）P（吸）由此例可以看出：5V电压供出的电流为负值，充当了负载的作用，说明理想电压的电流由外部电路决定。 5）实际电压 （1）实际电压模型考虑实际电压有损耗，其电路模型用理想电压和电阻的串联组合表示，这个电阻称为电压的内阻。（2）实际电压的电压、电流关系 实际电压的端电压在一定范围内随着输出电

9、流的增大而逐渐下降。因此,一个好的电压的内阻 注：实际电压也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电。 2.理想电流 1）定义不管外部电路如何，其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件定义为理想电流。 2） 电路符号 3）理想电流的电压、电流关系（1）电流的输出电流由电本身决定，与外电路无关；与它两端电压无关（2）电流两端的电压由其本身输出电流及外部电路共同决定。伏安关系曲线如右图示实际电流可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。（用图片展示） 4）电流的功率 物理意义：(1)电压、

10、电流的参考方向非关联；表示电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电发出功率，起电作用。 (2)电压、电流的参考方向关联；表示电流（正电荷）由高电位向低电位移动，电场力作功，电吸收功率，充当负载。理想电流两端的电压可以有不同的极性，它可以向外电路提供电能，亦可以从外电路接受电能。 例15图示电路，当电阻R在0之间变化时，求电流端电压U的变化范围和电流发出功率的变化。 解：（1）当电阻为R时，电流的电压为：电流发出的功率为：表明当电阻由小变大，电压也由小变大，电发出的功率也由小变大。（2）当（3）当，则 ，则的极端情况，由此例可以看出：理想电流的电压随外部电路变化。在电压 ，从而

11、电流产生的功率，说明电流在使用过程中不允许开路。例16计算图示电路各元件的功率。 解：（发出） （发出）满足：P（发）P（吸） 5）实际电流（1）实际电流模型考虑实际电流有损耗，其电路模型用理想电流和电阻的并联组合表示，这个电阻称为电流的内阻。（2）实际电流的电压、电流关系即：实际电流的输出电流在一定范围内随着端电压的增大而逐渐下降。因此,一个好的电流的内阻注：实际电流也不允许开路路。因其内阻很大，若开路，端电压很大，可能烧毁电。19受控电 (非独立)(controlled source or dependent source)受控是用来表征在电子器件中所发生的物理现象的一种模型，它反映了电路

12、中某处的电压或电流控制另一处的电压或电流的关系。1定义电压或电流的大小和方向受电路中其他地方的电压(或电流)控制的电，称受控。2符号 3分类受控有两个控制端钮(又称输入端)，两个受控端钮(又称输出端)，所以受控也称为四端元件。根据控制量和被控制量是电压u 或电流i ，受控可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压表示；当被控制量是电流时，用受控电流表示。(1)电流控制的电流(CCCS) 受控电流的电流为：式中为无量纲的电流控制系数，它控制着受控电流电流的大小和方向，若0，则 ，若增大，则i1亦增大，若改变极性，i1亦改变极性。(2)电压控制的电流(VCCS) 受控电流的电流为：(3)电压控制

13、的电压(VCVS) 式中g为电压控制系数，单位为S（西门子），亦称转移电导。受控电压的电压为：(4)电流控制的电压(CCVS) 式中为无量纲的电压控制系数。受控电压的电压为： 为转移电阻。 如图所示晶体三极管电路，基极电流和 集电极电流满足关系：，式中r 为电流控制系数，单位为(欧姆)，亦称因此晶体三极管的电路模型可以用电流控制的电流表示。 4受控与独立的比较(1)独立电压(或电流)由电本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控的电压(或电流)由控制量决定。(2)独立在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激励”。 例17图示

14、电路，求：电压u2。解：110基尔霍夫定律( Kirchhoffs Laws )基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析p 集总参数电路的根本依据。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析p 的基础。在具体讲述基尔霍夫定律之前，先介绍电路模型图中的一些术语。1一些术语(1)支路 (branch)电路中通过同一电流的分支。通常用b表示支路数。一条支路可以是单个元件构成，亦可以由多个元件串联组成。如图所示电路中有三条支路。(2)节点(node)三条或三条以上支路的公共连接点称为节点。通常用 n表示结点数。如图所示电

15、路中有a、b两个结点。(3)路径(path)两节点间的一条通路。路径由支路构成。 如图所示电路中a、b两个结点间有三条路径。(4)回路(loop)由支路组成的闭合路径。通常用 l 表示回路。如图所示电路中有三个回路，分别由支路1和支路2构成、支路2和支路3构成、支路1和支路3构成。(5)网孔(mesh)对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。如图所示电路中有两个网孔，分别由支路1和支路2构成、支路2和支路3构成。支路1和支路3构成的回路不是网孔。因此，网孔是回路，但回路不一定是网孔。 2.基尔霍夫电流定律(KCL)KCL是描述电路中与结点相连的各支路电流间相互关系的定律。它的基本内容是：对

16、于集总参数电路中的任意结点，在任意时刻流出或流入该结点电流的代数和等于零。用数学式子表示为：图示为电路的一部分，对图中结点列KCL方程，设流出结点的电流为“+”，有： 即：则KCL又可叙述为：对于集总参数电路中的任意结点，在任意时刻流出该结点的电流之和等于流入该结点的电流之和。事实上KCL不仅适用于电路中的结点，对电路中任意假设的闭合曲面它也是成立的，或表示成：如图所示电路：三个结点上的KCL方程为：三式相加得： 需要明确的是：(1) KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；(2) KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；(3) K

17、CL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。 例18求图示电路中的电流i 解：作一闭合曲面，如图示，把闭合曲面看作一广义结点，应用KCL，有：3.基尔霍夫电压定律(KVL)KVL是描述回路中各支路（或各元件）电压之间关系的定律。它的基本内容是：对于集总参数电路，在任意时刻，沿任意闭合路径绕行，各段电路电压的代数和恒等于零。用数学式子表示为：图示为电路的一部分，首先(1)标定各元件电压参考方向；(2)选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。对图中回路列KVL方程有：U1US1+U2+U3+U4+US4=0表明KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面，这里闭合面可看作广义结点。或：U2+U

18、3+U4+US4=U1US1应用欧姆定律，上述KVL方程也可表示为：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4 KVL也适用于电路中任一假想的回路，如图所示电路，想象成一假想回路， 可列方程：需要明确的是：(1) KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律；(2) KVL是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；(3) KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。4.KCL、KVL小结(1) KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。 (2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。(3) KCL表明每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。(4) KCL、KVL只适用于集总参数的电路。 例19：求图示电路中电流的端电压u 。解： 列写支路上的KVL方程 （也可设想一回路） 例110：求图示电路中的输出电压u 。 解：由欧姆定律知根据KCL：从而解得：所以电发出的功率为： 输出功率为： 输出电压与电电压的比值为： 输出功率与电发出功率的比值为：本题的结果可以看出：通过选择参数，可以得到电压和功率放大。 四、预习内容第二章电阻电路的等效变换五、作业 里面的外国著作解读挺多的，推荐此网站。不可否认，写得很赞。第 11 页 共 11 页