电路分析基础实验 2.3 集成运放的端口特性及受控源电路设计

集成运放的端口特性及受控源电路设计课程：电路分析基础实验（电路与电子线路实验1）吕伟锋、卢振洲了解用运算放大器的端口特性，掌握测试方法；运放组成受控源的电路原理，学会测试受控源的转移特性及负载特性；应用运算放大器电路设计不同类型的受控源。一.实验目的集成运放的端口特性及受控源电路设计二.实验仪器集成运放的端口特性及受控源电路设计三.实验原理1.集成运放放大器端口特性及测试方法如图2.3.1所示，其中+VDD和-VSS端钮是电源输入，用以接正、负直流工作电源。两个输入端“+”、“−”分别称为同相输入端和反相输入端。还有一个输出端vo。图2.3.1

运算放大器及其符号集成运放的端口特性及受控源电路设计三.实验原理2.运放端口特性测试如图2.3.2是运放工作于饱和模式时的测试电路，其中图2.3.2(a)中参考电压接于反相输入端，则有：图2.3.2(b)中参考电压接于同相输入端，则有：(a)

（b）

图

2.3.2运算放大器饱和模式测试电路集成运放的端口特性及受控源电路设计三.实验原理3.受控源类型及伏安特性受控源主要分为四种，电路符号如图2.3.4所示。电压控制电压源VCVS：i1=0，v2=μv1μ：转移电压比电压控制电流源VCCS：i1=0，i2=gv1

g：转移电导集成运放的端口特性及受控源电路设计图2.3.4四种类型受控源的符号

(a)VCVS(b)VCCS三.实验原理集成运放的端口特性及受控源电路设计电流控制电压源CCVS：v1=0，v2=ri1

r：转移电阻电流控制电流源CCCS：v1=0，i2=αi2

α:转移电流比图2.3.4四种类型受控源的符号

(c)CCVS(d)CCCS3.受控源类型及伏安特性三.实验原理4.受控源电路实现(1)电压控制电压源VCVS：电路如图2.3.5所示，即运放的输出电压v2只受输入电压v1的控制，与负载RL的大小无关，实现了VCVS。其转移电压比可以表示为：图2.3.5

电压控制电压源测试电路

集成运放的端口特性及受控源电路设计三.实验原理

图2.3.6电压控制电流源测试电路集成运放的端口特性及受控源电路设计三.实验原理4.受控源电路实现(3)电流控制电压源CCVS：电路如图2.3.7所示，运放输出电压即输出电压v2只受输入电流iS的控制，与负载RL无关，其转移电阻为：图2.3.7

电流控制电压源测试电路集成运放的端口特性及受控源电路设计三.实验原理4.受控源电路实现(4)电流控制电流源CCCS：电路图如2.3.8，负载电流即输出电流iL只受输入电流iS控制，与负载RL无关。其转移电流比为：图2.3.8

电流控制电流源测试电路集成运放的端口特性及受控源电路设计四.实验内容及步骤1.集成运放端口特性测试与验证（基本要求）(1)实验电路如图2.3.2(a)(b)所示，取Vref=5V,vi从1V到10V变化，测量输出电压vO记录在表2.3.1(a)和表2.3.1(b)中。表

2.3.1运放饱和模式和端口特性测试数据输入值vi(V)

测量值vO(V)

理论值vO(V)

集成运放的端口特性及受控源电路设计四.实验内容及步骤1.集成运放端口特性测试与验证（基本要求）(2)实验电路如图2.3.3输入电压vi从1V到10V变化，记录输出电压vO记录在表2.3.2中。表

2.3.2运放端口特性测试数据输入值vi(V)

测量值vO(V)

理论值vO(V)

集成运放的端口特性及受控源电路设计四.实验内容及步骤2.受控源特性的测试（基本要求）(1)测量受控源VCVS的转移特性及负载特性①实验测试电路如图2.3.5，选取合适电阻且使R1=R2，并固定RL=1KΩ，调节直流电压源输出电压v1，使其在0～6V范围内取值，测量v1及相应的v2值，记录在下表2.3.3中，绘制转移特性曲线，并由求出转移电压比μ集成运放的端口特性及受控源电路设计

测量值v1（V）

v2（V）

测量计算值μ

理论值μ

表

2.3.3

VCVS的转移特性测试数据4.实验内容及步骤表2.3.4

VCVS的负载特性测试数据RL（KΩ）

v2（V）

iL（mA）

集成运放的端口特性及受控源电路设计2.受控源特性的测试（基本要求）(1)测量受控源VCVS的转移特性及负载特性②保持v1=2V，令RL阻值从1kΩ至7kΩ，测量v2及iL，记录在表2.3.4中，绘制负载曲线。四.实验内容及步骤2.受控源特性的测试（基本要求）(2)测量受控源VCCS的转移特性及负载特性①实验测试电路如图2.3.6所示，取R=1kΩ且固定RL=1kΩ，调节直流电压源输出电压v1，使其在0～5V范围内取值。测量v1及相应的负载电流iL，结果记录在表2.3.5中，绘制转移特性曲线，并求出转移电导g。集成运放的端口特性及受控源电路设计

表

2.3.5

VCCS的转移特性测试数据

测量值v1（V）

iL（mA）

测量计算值g

理论值g

四.实验内容及步骤表

2.3.6

VCCS的负载特性测试数据RL（KΩ）

iL（mA）

v2（V）

集成运放的端口特性及受控源电路设计2.受控源特性的测试（基本要求）(2)测量受控源VCCS的转移特性及负载特性②保持v1=2V，将RL从0增至5kΩ，测量相应的iL及v2，结果记录在表2.3.6中，绘制负载曲线。四.实验内容及步骤2.受控源特性的测试（基本要求）(3)测量受控源CCVS的转移特性及负载特性①实验测试电路如图2.3.7所示，使R=10kΩ，固定RL=1kΩ，调节恒流源输出电流iS使其在0~1mA内取值，测量iS及相应的v2值，结果记录在表2.3.7中，绘制转移特性曲线，并由其线性部分，求出转移电阻r。集成运放的端口特性及受控源电路设计

表

2.3.7

CCVS的负载特性测试数据

测量值is（mA）

v2（V）

测量计算值r

理论值r

四.实验内容及步骤表2.3.8

CCVS的负载特性测试数据RL（KΩ）

v2（V）

iL（mA）

集成运放的端口特性及受控源电路设计2.受控源特性的测试（基本要求）(3)测量受控源CCVS的转移特性及负载特性②保持iS=0.5mA，使RL从1kΩ增至约8kΩ，测量v2及iL值，结果记录在下表2.3.8中，绘制负载曲线。四.实验内容及步骤2.受控源特性的测试（基本要求）(4)测量受控源CCCS的转移特性及负载特性①实验测试电路如图2.3.8所示，R1=R2=10kΩ，固定RL=1kΩ，调节恒流源输出电流iS，使其在0～0.6mA范围内取值，测量iS及相应的iL值，结果记录在表2.3.9中，绘制转移特性曲线，并求出转移电流比α。集成运放的端口特性及受控源电路设计

表

2.3.9

CCCS的转移特性测试数据

测量值is（mA）

iL（mA）

测量计算值α

理论值α

四.实验内容及步骤表2.3.10

CCCS的负载特性测试数据RL（KΩ）

iL（mA）

v2（V）

集成运放的端口特性及受控源电路设计2.受控源特性的测试（基本要求）(4)测量受控源CCCS的转移特性及负载特性②保持iS=0.3mA，使RL从1kΩ增至约10kΩ，测量iL及v2值，结果记录在表2.3.10中，绘制负载特性曲线。四.实验内容及步骤3.测试方案及参数设计（设计性实验）(1)本实验中受控源输入全部采用直流电源激励，对于交流电源或其它电源激励，请自行设计测试方案。(2)根据实验原理，仿照以上实验测试方法，自行设计测试方案及数据表格，研究其转移特性和负载特性。具体要求如下：①设计一个转移电压比为3的电压控制电压源，测量其在负载电阻为2kΩ时的转移特性和负载特性。集成运放的端口特性及受控源电路设计四.实验内容及步骤3.测试方案及参数设计（设计性实验）②设计一个转移电导约为0.667mS的电压控制电流源，测量其在负载电阻为2kΩ时的转移特性和负载特性。③设计一个转移电阻为-5kΩ的电流控制电压源，测量其在负载电阻为2kΩ时的转移特性和负载特性。集成运放的端口特性及受控源电路设计五.实验注意事项实验中，注意运放双电源供电时电源极性不能弄错，运放输出端不能接地，输入电压不得超过10V。测试实验数据时，应尽量避免