电路基础实验-受控源特性的研究实验报告

电路基础实验-受控源特性的研究实验报告

受控源特性的研究实验报告

UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

School of Computer Science & Technology, Hefei, Anhui, People's Republic of China, Zip Code: 230027

指导教师： 王吉英 年月日 计算机科学与技术 学院 姓名： 钟超 学号： 姓名： 李杰 学号：实验目的

1. 熟悉四种受控源的基本特性。 2. 掌握受控源转移参数的测试方法。

实验设备

1. 2. 3. 4. 5.

直流稳压电源 函数信号发生器 数字万用表 受控源实验板 电阻箱

实验内容及接线图

1. VCVS的转移特性u2 f(u1)和负载特性u2 f(iL)研究

（1）按图1接线，输入端接信号发生器，调节信号发生器的输出波形为正弦波。输出端接示波器，观察示波器上显示的波形，画出转移特性u2 f(u1)曲线

图1

在转移特性曲线的线性部分标出

u2

，并计算相对误差。 u1

（2）按图1接线，保持u1 2V，接上负载RL，调节RL，测量出相应的u2值，计算iL。数据填入原始数据记录部分的表格中。

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画出负载特性u2 f(iL)曲线。 2. VCCS的转移特性i2 f(u1)的研究

按图2接线，固定RL 1k ，调节稳压电源的输出电压，测量相应的u1和u2，计算出i2（注意参考

方向）。数据填入原始数据记录部分的表格中。

图2

画出转移特性i2 f(u1)曲线，在其线性部分标出gm 3. CCVS的转移特性u2 f(i1)的研究

按图3接线，调节稳压电源的输出电压，测量相应的u1和u2值。数据填入原始数据记录部分的表格中。

图3

画出转移特性u2 f(i1)曲线，在其线性部分标出rm

i2

，并计算相对误差。 u1

u2

，并计算相对误差。 i1

实验数据及处理

1. 实验数据：见原始数据部分。 2. 数据处理

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（1） VCVS的转移特性u2 f(u1)和负载特性u2 f(iL)

a) 转移特性

画出转移特性u2 f(u1)曲线：见原始数据记录部分。 b) 负载特性 i.

计算iL值

ii.

画出负载特性u2 f(iL)曲线

4.54.03.53.0

u2(V)

2.52.01.51.00.5

0.000

0.0030.0060.0090.0120.0150.018

iL(mA)

（2） VCCS的转移特性i2 f(u1)的研究

a) 计算i2值

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b) 用u1画出转移特性i2 f(u1)曲线

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1.51.20.90.60.3

i2(mA)

0.0-0.3-0.6-0.9-1.2-1.5

-15

-12

-9

-6

-3

3

6

9

12

15

u1(V)

c) 线性部分拟合的结果：

gm 9.909 10 5S

g

m

1.710 10 8S

gm (9.909 0.002) 10 5S

d) 用u1计算gm

i2

的相对误差 u1

gm的理论值应为

(gm)理论

11 1 10 4S R10k

根据在实验中得到的测量结果计算所得的值为

5

（gm） 9.909 10S 实验

两者的相对误差为

gm）（gm） 1 10 4S （ 9.909 10 5S理论 实验

= 0.910% 4

（gm） 1 10S理论

e) 用uR绘制转移特性i2 f(uR)曲线

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1.51.20.90.60.3

i1(mA)

0.0-0.3-0.6-0.9-1.2-1.5

-15

-12

-9

-6

-3

3

6

9

12

15

uR(v)

f)

线性部分拟合得到的结果

gm 9.918 10 5S

g

m

1.197 10 8S

gm (9.918 0.001) 10 5S

g) 用uR计算gm

i2

的相对误差 uR

gm的理论值应为

(gm)理论

11 1 10 4S R10k

根据在实验中得到的测量结果计算所得的值为

5

（gm） 9.918 10S 实验

两者的相对误差为

gm）（gm） 1 10 4S （ 9.918 10 5S理论 实验

= 0.820% 4

（gm） 1 10S理论

h) 用u1和uR计算出来的gm及其误差值是不相同的，应该用哪个计算？理论上是都可以的，但是这里要用u1得到的结果来计算。具体的论述见“实验讨论”部分。 （3） CCVS的转移特性u2 f(i1)的研究

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a) 计算i1值

b) 画出转移特性u2 f(i1)曲线

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1512963

u2(V)

0-3-6-9-12-15-1.5

-1.2-0.9-0.6-0.30.00.30.60.91.21.5

i1(mA)

c) 线性部分拟合的结果：

rm 2.010 104

r 67.11

m

rm ( 2.010 0.007) 104

d) 计算rm

u2

的相对误差 i1

gm的理论值应为

(rm)理论 R2 20k 2 104

根据在实验中得到的测量结果计算所得的值为

4

（rm） 2.010 10 实验

两者的相对误差为

rm）（rm） 2 104 （ 2.010 104 理论 实验

= 0.500% 4

（rm） 2 10 理论

实验讨论

1. 对比实验内容2中分别用u1和uR绘制的曲线和gm的计算结果以及相对误差的计算

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可见用u1绘制的转移特性曲线是符合实验所要达到的预期要求的，但是用uR绘制的曲线却只是一条简单的直线。观察数据可知，因为u1是手动调节的，所以其值在每组数据中都是变化的，并使得u2出现了上限和下限。但是uR的值在u2出现上下限时，其也出现上下限，不再变化。说明理论上本应相等的u1和uR并不相等，这说明“虚短”并不是完全成立的，它只有在阈值范围之内是近似与u1相等。因此绘制出来的曲线不相同。

所以，我们不能因理论上的“虚短”而采用测量uR代替u1而绘制曲线并进行相关计算，而只能采用u1。

2. 实验中，使用运算放大器时要注意其输出端，是不能与地短路的。另外输入电流不能过大，应为几十到几百毫安之间。否则可能烧坏运放。

3. 本实验中经常犯的错误，是使用运放时，忘记给运算放大器加上直流电源（ 15V），这是学生在刚开始做使用运放的实验中经常疏忽的地方。

回答思考题

1. 受控源和独立源有何异同？

答：受控电流源和受控电压源的电流值或电压值是由外部相关电流或电压来控制的，而独立电流源和独立电压源的电流或电压值是其内部固有的。本质上，受控源是运放中端口电流电压的关系所决定。其之间的关系一般为简单的数学比例。而独立源是固有的某种能力转化为电能，如干电池的化学能、风力供电中的机械能等。

2. 受控源的控制特性是否适合于交流信号？

答：受控源的控制特性与信号种类无关，如电力系统中的电流互感器在电路分析中就可以看做一受控电流源，其所使用的就是交流信号。

3. 写出测量CCCS转移特性的实验步骤 答：实验分为以下几步： （1）连接如下的电路图4：

图4

（2）测量u1和u2的值。