電路分析基礎(chǔ)實驗 2.3 集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計課程：電路分析基礎(chǔ)實驗（電路與電子線路實驗1）呂偉鋒、盧振洲了解用運算放大器的端口特性，掌握測試方法；運放組成受控源的電路原理，學(xué)會測試受控源的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性；應(yīng)用運算放大器電路設(shè)計不同類型的受控源。一.實驗?zāi)康募蛇\放的端口特性及受控源電路設(shè)計二.實驗儀器集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計三.實驗原理1.集成運放放大器端口特性及測試方法如圖2.3.1所示，其中+VDD和-VSS端鈕是電源輸入，用以接正、負(fù)直流工作電源。兩個輸入端“+”、“?”分別稱為同相輸入端和反相輸入端。還有一個輸出端vo。圖2.3.1

運算放大器及其符號集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計三.實驗原理2.運放端口特性測試如圖2.3.2是運放工作于飽和模式時的測試電路，其中圖2.3.2(a)中參考電壓接于反相輸入端，則有：圖2.3.2(b)中參考電壓接于同相輸入端，則有：(a)

（b）

圖

2.3.2運算放大器飽和模式測試電路集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計三.實驗原理3.受控源類型及伏安特性受控源主要分為四種，電路符號如圖2.3.4所示。電壓控制電壓源VCVS：i1=0，v2=μv1μ：轉(zhuǎn)移電壓比電壓控制電流源VCCS：i1=0，i2=gv1

g：轉(zhuǎn)移電導(dǎo)集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計圖2.3.4四種類型受控源的符號

(a)VCVS(b)VCCS三.實驗原理集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計電流控制電壓源CCVS：v1=0，v2=ri1

r：轉(zhuǎn)移電阻電流控制電流源CCCS：v1=0，i2=αi2

α:轉(zhuǎn)移電流比圖2.3.4四種類型受控源的符號

(c)CCVS(d)CCCS3.受控源類型及伏安特性三.實驗原理4.受控源電路實現(xiàn)(1)電壓控制電壓源VCVS：電路如圖2.3.5所示，即運放的輸出電壓v2只受輸入電壓v1的控制，與負(fù)載RL的大小無關(guān)，實現(xiàn)了VCVS。其轉(zhuǎn)移電壓比可以表示為：圖2.3.5

電壓控制電壓源測試電路

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計三.實驗原理

圖2.3.6電壓控制電流源測試電路集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計三.實驗原理4.受控源電路實現(xiàn)(3)電流控制電壓源CCVS：電路如圖2.3.7所示，運放輸出電壓即輸出電壓v2只受輸入電流iS的控制，與負(fù)載RL無關(guān)，其轉(zhuǎn)移電阻為：圖2.3.7

電流控制電壓源測試電路集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計三.實驗原理4.受控源電路實現(xiàn)(4)電流控制電流源CCCS：電路圖如2.3.8，負(fù)載電流即輸出電流iL只受輸入電流iS控制，與負(fù)載RL無關(guān)。其轉(zhuǎn)移電流比為：圖2.3.8

電流控制電流源測試電路集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計四.實驗內(nèi)容及步驟1.集成運放端口特性測試與驗證（基本要求）(1)實驗電路如圖2.3.2(a)(b)所示，取Vref=5V,vi從1V到10V變化，測量輸出電壓vO記錄在表2.3.1(a)和表2.3.1(b)中。表

2.3.1運放飽和模式和端口特性測試數(shù)據(jù)輸入值vi(V)

測量值vO(V)

理論值vO(V)

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計四.實驗內(nèi)容及步驟1.集成運放端口特性測試與驗證（基本要求）(2)實驗電路如圖2.3.3輸入電壓vi從1V到10V變化，記錄輸出電壓vO記錄在表2.3.2中。表

2.3.2運放端口特性測試數(shù)據(jù)輸入值vi(V)

測量值vO(V)

理論值vO(V)

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計四.實驗內(nèi)容及步驟2.受控源特性的測試（基本要求）(1)測量受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性①實驗測試電路如圖2.3.5，選取合適電阻且使R1=R2，并固定RL=1KΩ，調(diào)節(jié)直流電壓源輸出電壓v1，使其在0～6V范圍內(nèi)取值，測量v1及相應(yīng)的v2值，記錄在下表2.3.3中，繪制轉(zhuǎn)移特性曲線，并由求出轉(zhuǎn)移電壓比μ集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計

測量值v1（V）

v2（V）

測量計算值μ

理論值μ

表

2.3.3

VCVS的轉(zhuǎn)移特性測試數(shù)據(jù)4.實驗內(nèi)容及步驟表2.3.4

VCVS的負(fù)載特性測試數(shù)據(jù)RL（KΩ）

v2（V）

iL（mA）

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計2.受控源特性的測試（基本要求）(1)測量受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性②保持v1=2V，令RL阻值從1kΩ至7kΩ，測量v2及iL，記錄在表2.3.4中，繪制負(fù)載曲線。四.實驗內(nèi)容及步驟2.受控源特性的測試（基本要求）(2)測量受控源VCCS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性①實驗測試電路如圖2.3.6所示，取R=1kΩ且固定RL=1kΩ，調(diào)節(jié)直流電壓源輸出電壓v1，使其在0～5V范圍內(nèi)取值。測量v1及相應(yīng)的負(fù)載電流iL，結(jié)果記錄在表2.3.5中，繪制轉(zhuǎn)移特性曲線，并求出轉(zhuǎn)移電導(dǎo)g。集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計

表

2.3.5

VCCS的轉(zhuǎn)移特性測試數(shù)據(jù)

測量值v1（V）

iL（mA）

測量計算值g

理論值g

四.實驗內(nèi)容及步驟表

2.3.6

VCCS的負(fù)載特性測試數(shù)據(jù)RL（KΩ）

iL（mA）

v2（V）

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計2.受控源特性的測試（基本要求）(2)測量受控源VCCS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性②保持v1=2V，將RL從0增至5kΩ，測量相應(yīng)的iL及v2，結(jié)果記錄在表2.3.6中，繪制負(fù)載曲線。四.實驗內(nèi)容及步驟2.受控源特性的測試（基本要求）(3)測量受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性①實驗測試電路如圖2.3.7所示，使R=10kΩ，固定RL=1kΩ，調(diào)節(jié)恒流源輸出電流iS使其在0~1mA內(nèi)取值，測量iS及相應(yīng)的v2值，結(jié)果記錄在表2.3.7中，繪制轉(zhuǎn)移特性曲線，并由其線性部分，求出轉(zhuǎn)移電阻r。集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計

表

2.3.7

CCVS的負(fù)載特性測試數(shù)據(jù)

測量值is（mA）

v2（V）

測量計算值r

理論值r

四.實驗內(nèi)容及步驟表2.3.8

CCVS的負(fù)載特性測試數(shù)據(jù)RL（KΩ）

v2（V）

iL（mA）

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計2.受控源特性的測試（基本要求）(3)測量受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性②保持iS=0.5mA，使RL從1kΩ增至約8kΩ，測量v2及iL值，結(jié)果記錄在下表2.3.8中，繪制負(fù)載曲線。四.實驗內(nèi)容及步驟2.受控源特性的測試（基本要求）(4)測量受控源CCCS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性①實驗測試電路如圖2.3.8所示，R1=R2=10kΩ，固定RL=1kΩ，調(diào)節(jié)恒流源輸出電流iS，使其在0～0.6mA范圍內(nèi)取值，測量iS及相應(yīng)的iL值，結(jié)果記錄在表2.3.9中，繪制轉(zhuǎn)移特性曲線，并求出轉(zhuǎn)移電流比α。集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計

表

2.3.9

CCCS的轉(zhuǎn)移特性測試數(shù)據(jù)

測量值is（mA）

iL（mA）

測量計算值α

理論值α

四.實驗內(nèi)容及步驟表2.3.10

CCCS的負(fù)載特性測試數(shù)據(jù)RL（KΩ）

iL（mA）

v2（V）

集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計2.受控源特性的測試（基本要求）(4)測量受控源CCCS的轉(zhuǎn)移特性及負(fù)載特性②保持iS=0.3mA，使RL從1kΩ增至約10kΩ，測量iL及v2值，結(jié)果記錄在表2.3.10中，繪制負(fù)載特性曲線。四.實驗內(nèi)容及步驟3.測試方案及參數(shù)設(shè)計（設(shè)計性實驗）(1)本實驗中受控源輸入全部采用直流電源激勵，對于交流電源或其它電源激勵，請自行設(shè)計測試方案。(2)根據(jù)實驗原理，仿照以上實驗測試方法，自行設(shè)計測試方案及數(shù)據(jù)表格，研究其轉(zhuǎn)移特性和負(fù)載特性。具體要求如下：①設(shè)計一個轉(zhuǎn)移電壓比為3的電壓控制電壓源，測量其在負(fù)載電阻為2kΩ時的轉(zhuǎn)移特性和負(fù)載特性。集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計四.實驗內(nèi)容及步驟3.測試方案及參數(shù)設(shè)計（設(shè)計性實驗）②設(shè)計一個轉(zhuǎn)移電導(dǎo)約為0.667mS的電壓控制電流源，測量其在負(fù)載電阻為2kΩ時的轉(zhuǎn)移特性和負(fù)載特性。③設(shè)計一個轉(zhuǎn)移電阻為-5kΩ的電流控制電壓源，測量其在負(fù)載電阻為2kΩ時的轉(zhuǎn)移特性和負(fù)載特性。集成運放的端口特性及受控源電路設(shè)計五.實驗注意事項實驗中，注意運放雙電源供電時電源極性不能弄錯，運放輸出端不能接地，輸入電壓不得超過10V。測試實驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)盡量避免