受控源仿真研究

目录上页下页目录上页下页目录实验目的13实验仪器4实验原理5实验步骤67实验提示8实验报告思考题2预习要求目录上页下页1利用EDA软件对受控源电路进行仿真分析实验目的3了解测量仪器内阻对测试精度的影响2初步掌握Multisim软件的用法目录上页下页受控源电路的仿真分析预习要求1.了解Multisim软件的操作方法2.复习理论课关于受控源电路部分的内容。目录上页下页电路元件是组成电路模型的最小单元，电路元件本身就是一个最简单的电路模型。电路元件分为两大类：无源元件和有源元件无源元件有电阻元件、电感元件、电容元件、互感元件和理想变压器元件。有源元件有独立电源、受控电源和理想运算放大器。独立电源是有源元件，分为独立电压源和独立电流源。目录上页下页电压源：一个二端元件接到任一电路中，不论流过它的电流是多少，其两端的电压始终保持给定的时间函数vs(t)或定值Vs，该二端元件称为独立电压源，简称电压源。电流源：一个二端元件接到任一电路中，不论其两端电压是多少，流经它的电流始终保持给定的时间函数is(t)或定值Is，该二端元件称为独立电流源，简称电流源。电压源的端电压和电流源的电流都是有电源本身决定的，与电源以外的其他电流无关，所以是独立电源。目录上页下页受控源是非独立电源，受控电源的输出电压或电流受到电路中某部分的电压或电流的控制。受控源是四端元件，是一类具有放大作用的电子器件的理想化模型。目录上页下页一般的讲，根据控制量和受控量的不同，受控源有如下四种形式：受控电压源受控电压源有两种。(1)若四端元件的输入、输出端对满足如下关系：i1=0v2=μv1则此四端元件称为电压控制电压源，简称VCVS.，μ是电压放大系数，它是一个无量纲的常量。(2)若四端元件的输入、输出端对满足如下关系：v1=0v2=γi1则此四端元件称为电流控制电压源，简称CCVS.，γ称为转移电阻，它是一个具有电阻量纲的常量。目录上页下页受控电流源受控电流源也有两种。(1)若四端元件的输入、输出端对满足如下关系：i1=0i2=gv1则此四端元件称为电压控制电流源，简称VCCS。g=i2/v1称为转移电导，它是一个具有电导量纲的常量。(2)若四端元件的输入、输出端对满足如下关系：v1=0i2=βi1则此四端元件称为电流控制电流源，简称CCCS.，β称为电流放大系数，它是一个无量纲的常量。目录上页下页微机1台（装有Multisim软件）实验仪器受控源电路的仿真分析目录上页下页实验原理受控源电路的仿真分析一、运算放大器简述目录上页下页实验原理1.运算放大器运算放大器是一种模拟电路，由于早期主要用于模拟计算机，实现各种数学运算，因而由此得名，并沿用至今。现在，运放的应用已经远远超出模拟运算的范围，而作为一种高增益器件广泛用于各种电子设备中。目录上页下页实验原理2.运算放大器的电路符号图2-15-5运算放大器电路符号输出端同相输入端反相输入端+－目录上页下页实验原理理想运算放大器的电路模型实为一个受控源。它的外部接入不同的电路元件，可以实现对信号的模拟运算或模拟变换，应用极其广泛。运算放大器是一种有源二端元件，图2-15-5表示的是它的电路符号。它有两个输入端，一个输出端。信号从“－”端输入时，输出信号与输入信号反相，故称“－”端为反相输入端；从“+”端输入时，输出信号与输入信号同相，故称“+”端为同相输入端。目录上页下页实验原理3.运算放大器的工作电源除了两个输入端外，运算放大器还有两个工作电源端。一个为正电源端，另一个为负电源端，只有接有正、负电源的运算放大器才能正常工作。当然也有一些运算放大器只有一个工作电源端，即单电源工作的运算放大器。目录上页下页实验原理4.理想运放模型&两个重要结论V－V＋Ri=Ro=0Ao(V＋－V－)图2-15-6理想运放模型++－－目录上页下页实验原理不管是双还是单电源工作的运算放大器，其基本电路模型是一样的。如图2-15-6所示。其中V＋和V—分别为同相输入端和反相输入端的对地电压，Vo是输出端对地电压，Ao是运算放大器的开环电压放大倍数，在理想情况下Ao和输入端的电阻Ri为无穷大，输出电阻Ro为零。根据输出电压Vo=(V＋－V－)Ao式可见，当输出电压Vo为有限值时，则有V＋=V－，且有i＋=V＋/Ri=0，i－=V－/Ri=0V－V＋Ri=Ro=0Ao(V＋－V－)图2-15-6理想运放模型++－－目录上页下页实验原理由这些式子可引出两个重要的结论：(1)运算放大器的“+”端和“－”端之间等电位。若其中一个输入端是接地的，则另一个输入端虽未接地，也可以认为是零电位。故称此端为“虚地”，或把同相输入端和反相输入端之间标为“虚短路”。(2)运算放大器的输入端电流等于零。这两个重要性质是简化分析含有运算放大器网络的依据。目录上页下页实验原理4.运算放大器的实例（LM358）图2-15-7LM358型运算放大器引出端功能+Ec(a)23LM3588Vo276V2+541V1+V1-Vo1V2-+Ec84321+-(b)目录上页下页实验原理两个需要注意的地方：(1)LM358是一片双运放(一块集成片内含有两个性能相近的运算放大器且共用一组工作电压)。(2)工作电源为单电源，其中8脚为其工作电源端，一般接+15V电压方可工作。目录上页下页实验原理二、四种受控源基本电路1.电压控制电压源(VCVS)V+i+图2-15-8(b)V-V1+R2i2RfV1V1V2=1+Rf/R2++++-----V2ifi-图2-15-8(a)VCVS目录上页下页实验原理图2-15-8(a)所示电路是一个电压控制电压源。由图可知：V＋=V－=V1i＋=i－=0if=i2=V－/R2=V1/R2所以V2=ifRf+i2R2=(Rf+R2)V1/R2=(1+Rf/R2)V1令μ=1+Rf/R2则V2=μV1其中是无量纲的常数，称为电压转移系数(或称电压放大倍数)。图2-15-8(b)为VCVS理想电路模型。目录上页下页实验原理2.电压控制电流源(VCCS)V-V1+R2i2+V2-V1gmV1RLis+-+-gm=1/R2图2-15-9(a)图2-15-9(b)RLV+isV2+--VCCS目录上页下页实验原理将图2-15-8(a)中的Rf看作是一个负载电阻RL，这样就构成一个电压控制电流源。如图2-15-9(a)所示。由图可见受控源的输出电流:is=i2=V－/R2=V1/R2令gm=1/R2则is=gmV1其中gm具有电导的量纲，称为转移电导。VCCS的理想电路模型如图2-15-9(b)所示。目录上页下页实验原理3.电流控制电压源(CCVS)i1ER1R2i1RfV2V2rmi1rm=Rf图2-15-10(a)图2-15-10(b)++++----CCVS目录上页下页实验原理图2-15-10(a)所示电路是一个电流控制电压源。由图可知：V－=V＋=0，if=i1+i－=i1所以V2=i1Rf令rm=Rf则V2=i1rm其中rm具有电阻的量纲，称为转移电阻。CCVS的理想电路模型如图2-15-10(b)所示。目录上页下页实验原理4.电流控制电流源(CCCS)ifiLaER1R2i1RfRLRiRi1iLRLi1=1+Rf/R图2-15-11(a)图2-15-11(b)++--CCCS目录上页下页实验原理图2-15-11(a)是一个电流控制电流源的电路。因为Va=ifRf=i1Rf，iR=－Va/R=－i1Rf/R所以iL=if－iR=i1+i1Rf/R=(1+Rf/R)i1。令α=1+Rf/R，则iL=αi1。其中α无量纲，称为电流转移系数(或称电流放大倍数)。CCCS的理想电路模型如图2-15-11(b)所示。目录上页下页实验步骤受控源电路的仿真分析目录上页下页实验步骤一、测试VCVS的外特性图2-15-1VCVS目录上页下页实验步骤按照图2-15-1搭好电路，调整V2=2V（1）固定V2=2V，按表2-15-1中1-1项要求的阻值，分别调节可变电阻阻值R3，测出相应的VR3值并记录于表中，作VR3-R3的关系曲线。（2）固定R3=5KΩ，按表2-15-1中1-2项的要求调整V2,并测出相应的V2值并记录于表中，作V2-VR3的关系曲线，求出电压转移系数μ。目录上页下页实验步骤二、测试VCCS的外特性图2-15-2VCCS目录上页下页实验步骤按照图2-15-2搭好电路，调整Vi2=2V（1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1项要求的阻值，分别调节可变电阻阻值RL，测出相应的电流IS值记录于表中，作IS-RL的关系曲线。定RL=5KΩ，按表2-15-1中2-2项的要求调整Vi2，并测出相应的电流IS值记录于表中，作IS-Vi2的关系曲线，求出转移电导gm目录上页下页实验步骤三、测试CCVS的外特性图2-15-3VCCS目录上页下页实验步骤按照图2-15-33搭好电路，调整Vi2=2V（1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1项要求的阻值，分别调节可变电阻阻值RL，测出相应的电流IS值记录于表中，作IS-RL的关系曲线。定RL=5KΩ，按表2-15-1中2-2项的要求调整Vi2，并测出相应的电流IS值记录于表中，作IS-Vi2的关系曲线，求出转移电导gm目录上页下页实验步骤四、测试CCCS的外特性图2-15-4VCCS目录上页下页实验步骤按照图2-15-4搭好电路，调整Vi2=2V（1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1项要求的阻值，分别调节可变电阻阻值RL，测出相应的电流IS值记录于表中，作IS-RL的关系曲线。定RL=5KΩ，按表2-15-1中2-2项的要求调整Vi2，并测出相应的电流IS值记录于表中，作IS-Vi2的关系曲线，求出转移电导gm目录上页下页实验步骤步骤参数测试条件和测量值1-1RLKΩ）101520253050VO1（V）1-2Vi1（V）123456VO1（V）2-1RLKΩ）101520253050IS(mA)2-2Vi2（V）24681012IS(mA)3-1RLKΩ）203040506070VO3（V）3-2Ii（μA）100200300400500600VO3（V）4-1RLKΩ）0.10.40.81.52.54IL(mA)4-2Ii（μA）100200300400500600IL(mA)表2-15-1目录上页下页实验提示注意LM358的管脚方向。受控源电路的仿真分析LM358的工作电源选择18V。目录上页下页实验思考题1．理想运算放大器的主要特点有哪些？2．请模拟一下，看受控源的控制特性是否适用于交流信号？加大输入信号后，输出电压波形会产生什么形状？3．在运算放大器电源引出线的负端加一负向电源电压-15伏，重复问题1，观察输出波形。目录上页下页实验报告要求实验名称；实验目的；实验仪表（应写明具体型号）；实验原理及实验电路图；实验数据：填写数据表格,根据实验数据画相应的关系曲线，分析实验结果和误差原因；实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。目录上页下页实验结束后，整理好工具包，正确摆放仪器，并将实验箱放入实验台右侧柜子中。实验结束目录上页下页•地址：南京市栖霞区文苑路9号教学3号楼西区••E-Mail:[e-mail]•中心办公室：教学3号楼西区二楼西207室•联系电话：[phone]