受控源仿真研究第1頁/共38頁目錄實驗目的13實驗儀器4實驗原理5實驗步驟67實驗提示8實驗報告思考題2預習要求第2頁/共38頁1利用EDA軟件對受控源電路進行仿真分析實驗目的3了解測量儀器內(nèi)阻對測試精度的影響

2初步掌握Multisim軟件的用法

第3頁/共38頁受控源電路的仿真分析

預習要求

1.了解Multisim軟件的操作方法

2.復習理論課關(guān)于受控源電路部分的內(nèi)容。第4頁/共38頁微機1臺（裝有Multisim軟件）

實驗儀器受控源電路的仿真分析

第5頁/共38頁實驗原理受控源電路的仿真分析

一、運算放大器簡述

第6頁/共38頁實驗原理1.運算放大器的電路符號圖2-15-5運算放大器電路符號輸出端同相輸入端反相輸入端+－第7頁/共38頁實驗原理受控源通常都是由運算放大器構(gòu)成的。運算放大器是一種有源二端元件，圖2-15-5表示的是它的電路符號。它有兩個輸入端，一個輸出端。信號從“－”端輸入時，輸出信號與輸入信號反相，故稱“－”端為反相輸入端；從“+”端輸入時，輸出信號與輸入信號同相，故稱“+”端為同相輸入端。第8頁/共38頁實驗原理2.運算放大器的工作電源除了兩個輸入端外，運算放大器還有兩個工作電源端。一個為正電源端，另一個為負電源端，只有接有正、負電源的運算放大器才能正常工作。當然也有一些運算放大器只有一個工作電源端，即單電源工作的運算放大器。第9頁/共38頁實驗原理3.理想運放模型&兩個重要結(jié)論V－V＋Ri=Ro=0Ao(V＋－V－)圖2-15-6理想運放模型++－－第10頁/共38頁實驗原理不管是雙還是單電源工作的運算放大器，其基本電路模型是一樣的。如圖2-15-6所示。其中V＋和V—分別為同相輸入端和反相輸入端的對地電壓，Vo是輸出端對地電壓，Ao是運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，在理想情況下Ao和輸入端的電阻Ri為無窮大，輸出電阻Ro為零。根據(jù)輸出電壓Vo=(V＋－V－)Ao式可見，當輸出電壓Vo為有限值時，則有V＋=V－，且有i＋=V＋/Ri=0，i－=V－/Ri=0第11頁/共38頁實驗原理由這些式子可引出兩個重要的結(jié)論：(1)運算放大器的“+”端和“－”端之間等電位。若其中一個輸入端是接地的，則另一個輸入端雖未接地，也可以認為是零電位。故稱此端為“虛地”，或把同相輸入端和反相輸入端之間標為“虛短路”。(2)運算放大器的輸入端電流等于零。這兩個重要性質(zhì)是簡化分析含有運算放大器網(wǎng)絡的依據(jù)。第12頁/共38頁實驗原理4.運算放大器的實例（LM358）圖2-15-7LM358型運算放大器引出端功能+Ec(a)23LM3588Vo276V2+541V1+V1-Vo1V2-+Ec84321+-(b)第13頁/共38頁實驗原理兩個需要注意的地方：(1)LM358是一片雙運放(一塊集成片內(nèi)含有兩個性能相近的運算放大器且共用一組工作電壓)。

(2)工作電源為單電源，其中8腳為其工作電源端，一般接+15V電壓方可工作。第14頁/共38頁實驗原理二、四種受控源基本電路

1.電壓控制電壓源(VCVS)V+i+圖2-15-8(b)V-V1+R2i2RfV1V1V2=1+Rf

/R2++++-----V2ifi-圖2-15-8(a)VCVS第15頁/共38頁實驗原理圖2-15-8(a)所示電路是一個電壓控制電壓源。由圖可知：V＋=V－=V1

i＋=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則V2=μV1其中是無量綱的常數(shù)，稱為電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)(或稱電壓放大倍數(shù))。圖2-15-8(b)為VCVS理想電路模型。第16頁/共38頁實驗原理2.電壓控制電流源(VCCS)V-V1+R2i2+V2-V1gmV1RLis+-+-gm=1/R2圖2-15-9(a)圖2-15-9(b)RLV+isV2+--VCCS第17頁/共38頁實驗原理將圖2-15-8(a)中的Rf看作是一個負載電阻RL，這樣就構(gòu)成一個電壓控制電流源。如圖2-15-9(a)所示。由圖可見受控源的輸出電流:is=i2=V－/R2=V1/R2令gm=1/R2

則is=gmV1其中g(shù)m具有電導的量綱，稱為轉(zhuǎn)移電導。VCCS的理想電路模型如圖2-15-9(b)所示。第18頁/共38頁實驗原理3.電流控制電壓源(CCVS)i1ER1R2i1RfV2V2rmi1rm=Rf圖2-15-10(a)圖2-15-10(b)++++----CCVS第19頁/共38頁實驗原理圖2-15-10(a)所示電路是一個電流控制電壓源。由圖可知：V－=V＋=0，if=i1+i－=i1

所以V2=i1Rf

令rm=Rf則V2=i1rm其中rm具有電阻的量綱，稱為轉(zhuǎn)移電阻。CCVS的理想電路模型如圖2-15-10(b)所示。第20頁/共38頁實驗原理4.電流控制電流源(CCCS)ifiLaER1R2i1RfRLRiRi1iLRLi1=1+Rf/R圖2-15-11(a)圖2-15-11(b)++--CCCS第21頁/共38頁實驗原理圖2-15-11(a)是一個電流控制電流源的電路。因為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，則iL=αi1。其中α無量綱，稱為電流轉(zhuǎn)移系數(shù)(或稱電流放大倍數(shù))。CCCS的理想電路模型如圖2-15-11(b)所示。第22頁/共38頁實驗步驟受控源電路的仿真分析

第23頁/共38頁實驗步驟

一、測試VCVS的外特性圖2-15-1VCVS第24頁/共38頁實驗步驟按照圖2-15-1搭好電路，調(diào)整V2=2V（1）固定V2=2V，按表2-15-1中1-1項要求的阻值，分別調(diào)節(jié)可變電阻阻值R3，測出相應的VR3值并記錄于表中，作VR3-R3的關(guān)系曲線。（2）固定R3=5KΩ，按表2-15-1中1-2項的要求調(diào)整V2,并測出相應的V2值并記錄于表中，作V2-VR3的關(guān)系曲線，求出電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)μ。第25頁/共38頁實驗步驟

二、測試VCCS的外特性圖2-15-2VCCS第26頁/共38頁實驗步驟按照圖2-15-2搭好電路，調(diào)整Vi2=2V（1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1項要求的阻值，分別調(diào)節(jié)可變電阻阻值RL，測出相應的電流IS值記錄于表中，作IS-RL的關(guān)系曲線。定RL=5KΩ，按表2-15-1中2-2項的要求調(diào)整Vi2，并測出相應的電流IS值記錄于表中，作IS-Vi2的關(guān)系曲線，求出轉(zhuǎn)移電導gm第27頁/共38頁實驗步驟

三、測試CCVS的外特性圖2-15-3VCCS第28頁/共38頁實驗步驟按照圖2-15-33搭好電路，調(diào)整Vi2=2V（1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1項要求的阻值，分別調(diào)節(jié)可變電阻阻值RL，測出相應的電流IS值記錄于表中，作IS-RL的關(guān)系曲線。定RL=5KΩ，按表2-15-1中2-2項的要求調(diào)整Vi2，并測出相應的電流IS值記錄于表中，作IS-Vi2的關(guān)系曲線，求出轉(zhuǎn)移電導gm第29頁/共38頁實驗步驟

四、測試CCCS的外特性圖2-15-4VCCS第30頁/共38頁實驗步驟按照圖2-15-4搭好電路，調(diào)整Vi2=2V（1）固定Vi2=2V，按表2-15-1中2-1項要求的阻值，分別調(diào)節(jié)可變電阻阻值RL，測出相應的電流IS值記錄于表中，作IS-RL的關(guān)系曲線。定RL=5KΩ，按表2-15-1中2-2項的要求調(diào)整Vi2，并測出相應的電流IS值記錄于表中，作IS-Vi2的關(guān)系曲線，求出轉(zhuǎn)移電導gm第31頁/共38頁步驟參數(shù)測試條件和測量值1-1RL（KΩ）101520253050

VO1（V）

1-2Vi1（V）123456

VO1（V）μ＝

2-1RL（KΩ）101520253050

IS(mA)

2-2Vi2（V）24681012

IS(mA)gm=

3-1RL（KΩ）203040506070

VO3（V）

3-2Ii（μA）100200300400500600

VO3（V）rm=

4-1RL（KΩ）0.10.40.81.52.54

IL(mA)

4-2Ii（μA）100200300400500600

IL(mA)α=

表2-15-1第32頁/共38頁實驗提示注意LM358的管腳方向。

受控源電路的仿真分析

LM358的工作電源選擇18V。

第33頁/共38頁實驗思考題1．理想運算放大器的主要特點有哪些？2．請模擬一下，看受控源的控制特性是否適用于交流信號？加大輸入信號后，輸出電壓波形會產(chǎn)生什么形狀？3．在運算放大器電源引出線的負端加一負向電源電壓-15伏，重復問題1，觀察輸出波形。第34頁/共38頁實驗報告要求實驗名稱；實驗目的；實驗儀表（應寫明具體型號）；實驗原理及