運(yùn)算放大器與受控源一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 熟悉電壓控電壓源、電壓控電流源、電流控電壓源、電流控電流源的特性；2、 學(xué)會(huì)自己設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)受控源；3、 了解Multism軟件的使用，學(xué)會(huì)繪制簡(jiǎn)單的電路圖；4、 了解運(yùn)算放大器的工作原理和使用方法；二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境儀器：數(shù)字萬(wàn)用表、電路實(shí)驗(yàn)箱；軟件：Multisim軟件；三、 實(shí)驗(yàn)原理通常將運(yùn)放視為理想運(yùn)放，即將運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要特性：虛短： 因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，而運(yùn)放工作在線性區(qū)，是一個(gè)線性放大電路，輸出電壓不超出線性范圍（即有限值），所以，運(yùn)算放大器同相輸入端與反相輸入端的電位十分接近相等。在運(yùn)放供電電壓為士15V時(shí)，輸出的最大值一般在10?13V。所以運(yùn)放兩輸入端的電壓差，在1mV以下，近似兩輸入端短路。這一特性稱為虛短，顯然這不是真正的短路，只是分析電路時(shí)在允許誤差范圍之內(nèi)的合理近似。虛斷： 由于運(yùn)放的輸入電阻一般都在幾百千歐以上，流入運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端中的電流十分微小，比外電路中的電流小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，流入運(yùn)放的電流往往可以忽略，這相當(dāng)運(yùn)放的輸入端開(kāi)路，這一特性稱為虛斷。顯然，運(yùn)放的輸入端不能真正開(kāi)路。運(yùn)用“虛短”、“虛斷”這兩個(gè)概念，在分析運(yùn)放線性應(yīng)用電路時(shí)，可以簡(jiǎn)化應(yīng)用電路的分析過(guò)程。運(yùn)算放大器構(gòu)成的運(yùn)算電路均要求輸入與輸出之間滿足一定的函數(shù)關(guān)系，因此均可應(yīng)用這兩條結(jié)論。如果運(yùn)放不在線性區(qū)工作，也就沒(méi)有“虛短”、“虛斷”的特性。如果測(cè)量運(yùn)放兩輸入端的電位，達(dá)到幾毫伏以上，往往該運(yùn)放不在線性區(qū)工作，或者已經(jīng)損壞?；谏鲜鰞蓷l性質(zhì)，運(yùn)用電路分析知識(shí)可以分析出電路中的放大情況。1、電壓控制型電壓源（VCVS）如圖：

根據(jù)虛短虛斷特性，u+=u-=u1,i=u+/R2,u2=（R1+R2）i。則有U=(R1+R2)/R2,u2=|iu1。2、電壓控制型電流源（VCCS）如圖:卜7+_玖%T+c 卜7+_玖%T運(yùn)算放大器輸出電流為 i2=iR=u1/R，即只受輸入電壓控制，與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)（實(shí)際上Rl為有限值）。轉(zhuǎn)移電導(dǎo)為：g=1/R。輸入、 輸出無(wú)公共接地點(diǎn)，這種聯(lián)接方式稱為浮地聯(lián)接。

3、電流控制型電流源（CCVS）如圖:由于運(yùn)算放大器的“虛地”特性，流過(guò)電阻R的電流即為輸入電流i1。運(yùn)算放大器的輸出電壓為u2=-i1R，即輸出電壓u2受輸入電流i1控制。轉(zhuǎn)移電阻為：r=-R。4、 電流控制型電流源（CCCS）如圖:由于正相輸入端“+”接地，“一”端虛地，電路中輸出端電流i2=iR1+iR2=i1（R1+R2）/R2，即輸出電流i2受

輸入電流il控制，與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)。輸出電流比為8二i2/i1=(R1+R2)/R2。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 設(shè)計(jì)電壓控電壓源、電壓控電流源電路；2、 按電路圖連接電壓控電壓源電路，萬(wàn)用表自檢；3、 用萬(wàn)用表測(cè)量各個(gè)電阻的實(shí)際阻值；4、 連接電路，在電壓控電壓源處注意負(fù)極應(yīng)該連在一起；5、 測(cè)量電路輸入輸出端的電壓，改變輸入電壓或轉(zhuǎn)移電阻，并記錄數(shù)據(jù)；6、 按電路圖連接電壓控電流源電路，重復(fù)上述步驟；五、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程1、 設(shè)計(jì)電壓控電壓源、電壓控電流源電路如圖：+◎R(+◎R(電壓控電壓源)注：為了測(cè)量數(shù)據(jù)全面，在實(shí)際過(guò)程中R2用滑動(dòng)變阻器來(lái)代+◎Ua+◎Uar2Rl2、（電壓控電流源2、按電路圖連接電壓控電壓源電路，并進(jìn)行萬(wàn)用表自檢。連接電路時(shí)因注意正負(fù)極是否接反，且應(yīng)先關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。輸入電源可以先調(diào)小一點(diǎn);3、測(cè)量相應(yīng)電阻阻值并記錄，使得輸出電壓或電流不要過(guò)大；4、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，測(cè)量輸入電壓和輸出電壓并記錄；5、修改輸入電壓或者相應(yīng)電阻，繼續(xù)測(cè)量輸入電壓、輸出電壓和相應(yīng)電阻阻值并記錄；6、 按電路圖連接電壓控電流源電路，重復(fù)2-5步，但是將測(cè)量對(duì)象從輸出電壓改變?yōu)檩敵鲭娏?；（注意萬(wàn)用表串聯(lián)進(jìn)入電路，謹(jǐn)防造成短路）7、分析數(shù)據(jù)，列表，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、數(shù)據(jù)記錄與分析1、電壓控電壓源附：R1=10.11KQ口二(R1+R2)/R2

R2(KQ)1.011.012.042.992.992.99輸入電壓(V)0.01110.0220.0300.5010.4020.201輸出電壓(V)0.1320.2500.2042.201.7590.887U(理論)11.0111.015.964.384.384.38U(實(shí)際)11.9511.366.804.394.394.41分析：由于數(shù)據(jù)類型較多，不便于制作圖表，此處略過(guò)。在本次實(shí)驗(yàn)中通過(guò)變化R2的阻值和輸入電壓測(cè)得多組數(shù)據(jù)，并將理論U值與實(shí)際U值相比較，在誤差允許范圍內(nèi)還是比較成功的。部分?jǐn)?shù)據(jù)可能由于輸出電壓太小時(shí)不是很穩(wěn)定，或者接觸不良，或者一些人為原因或者硬件損傷產(chǎn)生了一定誤差，但是總體而言還是比較成功的實(shí)現(xiàn)了電壓控制的受控電壓源。(出于真實(shí)性考慮并未舍棄誤差較大的數(shù)據(jù)，在此僅供參考)2、電壓控電流源R=52Q，R0=4.7KQ，g=1/R=0.0192輸入電壓(V)0.03060.04000.04910.0760.101輸出電流(mA)0.6120.8130.9721.501.977g0.020.2030.01980.1970.0196分析：由于具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中放大器可以輸出的電流有一個(gè)較低的上限，電路板上的電位器又不甚靈敏，因此轉(zhuǎn)移電導(dǎo)選取固定值1/52,在此情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量和錄入。輸入電壓和輸出電流倍數(shù)相差較大，測(cè)量時(shí)容易失誤，在多次調(diào)整后得到了想要的數(shù)據(jù)。在這組數(shù)據(jù)里如果忽視掉由于萬(wàn)用表的量程和精度產(chǎn)生的讀數(shù)誤差，精確度還是相當(dāng)高的，與理論值非常接近，可以比較有說(shuō)服力的證明了電壓控制電流源的實(shí)現(xiàn)。結(jié)合圖表也可以發(fā)現(xiàn)，輸出電壓與輸出電流幾乎呈線性關(guān)系。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)在電路分析的課堂上學(xué)過(guò)放大器和受控源之后終于自己動(dòng)手做了受控源。由于硬件條件限制只制作了電壓控電壓源和電壓控電流源。老師說(shuō)電路是一個(gè)問(wèn)題，好吧，我覺(jué)得這個(gè)還好，硬件才是問(wèn)題。由于一些靈敏度的問(wèn)題，使得讀數(shù)頻繁出錯(cuò)，得很有耐心才能測(cè)好。另外要注意接電路時(shí)要關(guān)電源，正負(fù)極要接對(duì)，還要有一個(gè)保護(hù)電阻。測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該引以為戒。一是測(cè)量電阻時(shí)一定要關(guān)閉電源，這個(gè)問(wèn)題這次第一次暴露，由于電源電壓并不大，對(duì)測(cè)量出的電阻數(shù)據(jù)影響也并不是特別明顯，容易被護(hù)士呢，但是在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中就會(huì)有明顯的錯(cuò)