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2012-2013学年第一学期一、实验目的二、预习要求三、实验仪器四、实验原理五、实验步骤六、实验提示七、思考题八、实验报告要求目录一、实验目的P801.利用EDA软件对受控源电路进行仿真分析2.初步掌握Multisim软件的用法3.了解测量仪器内阻对测试精度的影响二、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。三、实验仪器微机1台(装有Multisim软件)四、实验原理一、运算放大器简述1.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+-实验原理受控源通常都是由运算放大器构成的。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。实实验原理验原理2.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。实验原理3.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++--实实验原理验原理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=0实实验原理验原理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。实实验原理验原理实验原理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)实实验原理验原理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。实实验原理验原理常见的受控源主要有以下四种形式:VCVS-电压控制电压源VCCS-电压控制电流源CCVS-电流控制电压源CCCS-电流控制电流源前一参数是控制量,后一参数是被控量。仅在控制量变化时,被控量才发生变化。实实验原理验原理对于VCVS-电压控制电压源设控制量为V1,被控量为V2,则有:21VVμ是无量纲的系数,称为电压转移系数(或称电压放大倍数)。对于VCCS-电压控制电流源设控制量为V1,被控量为I2,则有:21IgVg是具有电导的量纲,称为转移电导。实实验原理验原理对于CCVS-电流控制电压源设控制量为I1,被控量为V2,则有:21VrIr是具有电阻的量纲,称为转移电阻。对于CCCS-电流控制电流源设控制量为I1,被控量为I2,则有:21IIα是无量纲的系数,称为电流转移系数(或称电流放大倍数)。实实验原理验原理实验原理1.电压控制电压源(VCVS)V+i+图2-15-8(b)V-V1+R2i2RfV1V1V2=1+Rf/R2++++-----V2ifi-图2-15-8(a)VCVS实实验原理验原理二、四种受控源基本电路实验原理图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。实实验原理验原理实验原理3.电流控制电压源(CCVS)i1ER1R2i1RfV2V2rmi1rm=Rf图2-15-10(a)图2-15-10(b)++++----CCVS实实验原理验原理实验原理图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。实实验原理验原理实验步骤图2-15-1VCVS五、实验步骤一、测试VCVS的外特性实验步骤按照图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。实验步骤实验步骤图2-15-3VCCS实验步骤三、测试CCVS的外特性实验步骤按照图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实验步骤实实验步骤验步骤步骤参数测试条件和测量值1-1RL(KΩ)101520253050VO1(V)1-2Vi1(V)123456VO1(V)2-1RL(KΩ)101520253050IS(mA)2-2Vi2(V)24681012IS(mA)3-1RL(KΩ)203040506070VO3(V)3-2Ii(μA)100200300400500600VO3(V)4-1RL(KΩ)0.10.40.81.52.54IL(mA)4-2Ii(μA)100200300400500600IL(mA)表2-15-1六、实验提示注意LM358的管脚方向。LM358的工作电源选择18V。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。七、思考题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。八、实验报告实验结束后,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。实验结束实实验结束验结束
本文标题:受控源电路的仿真研究
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