实验五 受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS
的实验研究
一、实验目的
1、了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理。
2、测试受控源转移特性及负载特性。
二、原理说明
1、电源有独立电源（如电池、 发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。受控源与独立源的不同点是：独立源向外电路提供的电压或电流是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。而受控源向外电路提供的电压或电流则是受电路中另一支路的电压或电流所控制的一种电源。
受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。
图 5-1
2、独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件， 或称为双口元件。它有一对输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。输入端可以控制输出端电压或电流的大小。施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCVS和电流控制电压源CCVS）和两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS和电流控制电流源CCCS）。它们的示意图见图 5-1。
4、受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数。
四种受控源的转移函数参量的定义如下：
(1) 压控电压源(VCVS)：U2＝f(U1)，μ＝U2/U1 称为转移电压比（或电压增益）。
(2) 压控电流源(VCCS)：I2＝f(U1)，g＝I2/U1 称为转移电导。
(3) 流控电压源(CCVS)：U2＝f(I1)，r＝U2/I1 称为转移电阻。
(4) 流控电流源(CCCS)：I2＝f(I1)，β＝I2/I1 称为转移电流比（或电流增益）。
5. 用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析
(1)压控电压源（VCVS）如图5—2所示。
图5—2
由于运放的虚短路特性，有：
u+=u-=u1 i2=u-u=1 R2R2
u1R(R1+R2)=(1+1)u1 R2R2又因运放的输入电阻为∞ 有i1=i2 因此 u2=i1R1+i2R2=i2(R1+R2)=
即运放的输出电压u2 只受输入电压u1 的控制，与负载RL 大小无关。电路模型如图5—1(a)所示。 转移电压比 μ=u2R=1+1 u1R2
μ为无量纲，又称为电压放大系数。
这里的输入、输出有公共接地点，这种联接方式称为共地联接。
（2）压控电流源（VCCS）如图 5—3 所示。
图 5—3
此时，运放的输出电流：
iL=iR=u-u1= RR
iL1=(S) u1R即运放的输出电流i L只受输入电压u 1的控制，与负载R L大小无关。电路模型如图5—1（b）所示。 转移电导 g=
这里的输入、输出无公共接地点，这种联接方式称为浮地联接。
（3）流控电压源（CCVS）如图5—4所示
图5—4
由于运放的“+”端接地，所以u＋= 0，“—”端电压u－也为零，此时运放的“—”端称为虚地点。显然，流过电阻R的电流i 就等于网络的输入电流i S。
此时，运放的输出电压u2=-i1R=-isR，即输出电压u2只受输入电流iS的控制，与负载RL大小无关。电路模型如图5-1（c）所示。
转移电阻 r=u2=R(Ω) is
此电路为共地联接。
（4）流控电流源（CCCS）如图5—5 所示
图5—5
ua=-i2R2=-i1R1
iL=i1+i2=i1+⎛⎛R1R1⎫R1⎫⎪ ⎪i1= 1+i=1+is 1 ⎪ ⎪R2R2⎭R2⎭⎝⎝
即输出电流i L只受输入电流i S的控制，与负载RL大小无关。电路模型如图5-1（d）所示。 转移电流比β=iL⎛R1⎫⎪= 1+ is⎝R2⎪⎭
β为无量纲，又称为电流放大系数。此电路为浮地联接。
三、实验设备
1、万用表
2、RXDI--1型电路原理实验箱
四、实验内容
1、 测量受控源VCCS的转移特性 IL＝f（U1）及负载特性 IL＝f（U2）。
实验线路如图5-6。U1用可调直流稳压电源。
图5-6
(1) 固定RL＝2KΩ，调节稳压电源的输出电压 U1，使其在 0~8V范围内取值。测出相应的IL值，绘制IL＝f(U1)曲线，并由其线性部分求出转移电导 g 。
(2) 保持U1＝4V，令RL从0增至10KΩ，测出相应的IL及 U2，绘制IL＝f（U2）曲线。
注意：（1）实验时将可调稳压电源负极与±12V电源公共地（GND）用实验导线连接到一起。
（2）输入电压不得超过10V，以免损坏运放电路。
（3）运算放大器是有源元件，需接 12v直流电源才能工作。
2、测量受控源CCVS的转移特性 U2＝f（Is）与负载特性 U2＝f（IL) 。
实验线路如图5-7，IS用可调直流恒流源。
(1) 固定 RL＝2KΩ，调节恒流源的输出电流 Is，使其在 0~8mA 范围内取值。测出U2，绘制U2＝f(Is)曲线，并由其线性部分求出转移电阻r。
图5-7
(2) 保持 Is＝3mA，令 RL从 1KΩ增至∞，测出 U2及 IL，绘制负载特性曲线U2＝f（IL）。
注意：实验时将可调直流恒流源负极与±12V电源公共地（GND）用实验导线连接到一起。
3、根据不同类型的受控源可以进行级联，以形成等效的另一类型的受控源，如受控源CCVS与VCCS进行适当的联接组成CCCS，如图5-8所示，其等效电路如图5-9所示。
图5-8
图
5-9
（1） 测量受控源 CCCS 的转移特性 IL＝f（Is）及负载特性 IL＝f（U2），实验线路如图5-8。
注意：级联实验注意连线，前级CCVS连线如图5-7所示，所不同的是，其输出端不仅要接电阻，而且还要将其输出端用导线连接到VCCS的输入端。VCCS输出端的接法如图5-6所示。实验时注意CCVS输出电压的极性，可以根据实验情况倒换极性。
(2)保持Is＝1mA，令RL从0增至4 KΩ，测量IL及 U2 值，绘制 IL＝f（U2）曲线。
4、受控源VCCS与CCVS进行适当的联接组成VCVS，如图5-10所示 ，等效电路如图5-11所示。测量受控源VCVS的转移特性U2＝f（U1）及负载特性U2＝f（IL）。
图5-10
图5-11
(1) 按图5-10所示的电路图接线。固定RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压U1，使其在 0~8V范
围内取值。测量U1及相应的U2值，记录之。
注意：级联实验注意连线，前级VCCS连线如图5-6所示，所不同的是，需在其输出端接一个100Ω（或200Ω）的电阻，同时还要将其输出端用导线连接到CCVS的输入端。CCVS输出端的接法如图5-7所示。实验时注意CCVS输出电压的极性，可以根据实验情况倒换极性。
绘制电压转移特性曲线U2＝f（U1）， 并由其线性部分求出转移电压比μ。
(2)保持U1＝4V，调节RL阻值从1KΩ增至∞，测 U2 及 IL，绘制负载特性曲线U2＝f（IL）。
五、注意事项
1、每次组装线路，必须事先断开供电电源，但不必关闭电源总开关。
2、在用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。
3、实验中，注意运放的输入电压不得超过10V。
六、实验报告
1、受控源和独立源相比有何异同点？比较四种受控源的代号、电路模型、控制量与被控量的关系。
2、根据实验数据，分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量。
3、如何由两个基本的 CCVS 和 VCCS 获得其它两个 CCCS 和 VCVS，它们的输入输出如何连接？
实验五 受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS
的实验研究
一、实验目的
1、了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理。
2、测试受控源转移特性及负载特性。
二、原理说明
1、电源有独立电源（如电池、 发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。受控源与独立源的不同点是：独立源向外电路提供的电压或电流是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。而受控源向外电路提供的电压或电流则是受电路中另一支路的电压或电流所控制的一种电源。
受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。
图 5-1
2、独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件， 或称为双口元件。它有一对输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。输入端可以控制输出端电压或电流的大小。施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCVS和电流控制电压源CCVS）和两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS和电流控制电流源CCCS）。它们的示意图见图 5-1。
4、受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数。
四种受控源的转移函数参量的定义如下：
(1) 压控电压源(VCVS)：U2＝f(U1)，μ＝U2/U1 称为转移电压比（或电压增益）。
(2) 压控电流源(VCCS)：I2＝f(U1)，g＝I2/U1 称为转移电导。
(3) 流控电压源(CCVS)：U2＝f(I1)，r＝U2/I1 称为转移电阻。
(4) 流控电流源(CCCS)：I2＝f(I1)，β＝I2/I1 称为转移电流比（或电流增益）。
5. 用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析
(1)压控电压源（VCVS）如图5—2所示。
图5—2
由于运放的虚短路特性，有：
u+=u-=u1 i2=u-u=1 R2R2
u1R(R1+R2)=(1+1)u1 R2R2又因运放的输入电阻为∞ 有i1=i2 因此 u2=i1R1+i2R2=i2(R1+R2)=
即运放的输出电压u2 只受输入电压u1 的控制，与负载RL 大小无关。电路模型如图5—1(a)所示。 转移电压比 μ=u2R=1+1 u1R2
μ为无量纲，又称为电压放大系数。
这里的输入、输出有公共接地点，这种联接方式称为共地联接。
（2）压控电流源（VCCS）如图 5—3 所示。
图 5—3
此时，运放的输出电流：
iL=iR=u-u1= RR
iL1=(S) u1R即运放的输出电流i L只受输入电压u 1的控制，与负载R L大小无关。电路模型如图5—1（b）所示。 转移电导 g=
这里的输入、输出无公共接地点，这种联接方式称为浮地联接。
（3）流控电压源（CCVS）如图5—4所示
图5—4
由于运放的“+”端接地，所以u＋= 0，“—”端电压u－也为零，此时运放的“—”端称为虚地点。显然，流过电阻R的电流i 就等于网络的输入电流i S。
此时，运放的输出电压u2=-i1R=-isR，即输出电压u2只受输入电流iS的控制，与负载RL大小无关。电路模型如图5-1（c）所示。
转移电阻 r=u2=R(Ω) is
此电路为共地联接。
（4）流控电流源（CCCS）如图5—5 所示
图5—5
ua=-i2R2=-i1R1
iL=i1+i2=i1+⎛⎛R1R1⎫R1⎫⎪ ⎪i1= 1+i=1+is 1 ⎪ ⎪R2R2⎭R2⎭⎝⎝
即输出电流i L只受输入电流i S的控制，与负载RL大小无关。电路模型如图5-1（d）所示。 转移电流比β=iL⎛R1⎫⎪= 1+ is⎝R2⎪⎭
β为无量纲，又称为电流放大系数。此电路为浮地联接。
三、实验设备
1、万用表
2、RXDI--1型电路原理实验箱
四、实验内容
1、 测量受控源VCCS的转移特性 IL＝f（U1）及负载特性 IL＝f（U2）。
实验线路如图5-6。U1用可调直流稳压电源。
图5-6
(1) 固定RL＝2KΩ，调节稳压电源的输出电压 U1，使其在 0~8V范围内取值。测出相应的IL值，绘制IL＝f(U1)曲线，并由其线性部分求出转移电导 g 。
(2) 保持U1＝4V，令RL从0增至10KΩ，测出相应的IL及 U2，绘制IL＝f（U2）曲线。
注意：（1）实验时将可调稳压电源负极与±12V电源公共地（GND）用实验导线连接到一起。
（2）输入电压不得超过10V，以免损坏运放电路。
（3）运算放大器是有源元件，需接 12v直流电源才能工作。
2、测量受控源CCVS的转移特性 U2＝f（Is）与负载特性 U2＝f（IL) 。
实验线路如图5-7，IS用可调直流恒流源。
(1) 固定 RL＝2KΩ，调节恒流源的输出电流 Is，使其在 0~8mA 范围内取值。测出U2，绘制U2＝f(Is)曲线，并由其线性部分求出转移电阻r。
图5-7
(2) 保持 Is＝3mA，令 RL从 1KΩ增至∞，测出 U2及 IL，绘制负载特性曲线U2＝f（IL）。
注意：实验时将可调直流恒流源负极与±12V电源公共地（GND）用实验导线连接到一起。
3、根据不同类型的受控源可以进行级联，以形成等效的另一类型的受控源，如受控源CCVS与VCCS进行适当的联接组成CCCS，如图5-8所示，其等效电路如图5-9所示。
图5-8
图
5-9
（1） 测量受控源 CCCS 的转移特性 IL＝f（Is）及负载特性 IL＝f（U2），实验线路如图5-8。
注意：级联实验注意连线，前级CCVS连线如图5-7所示，所不同的是，其输出端不仅要接电阻，而且还要将其输出端用导线连接到VCCS的输入端。VCCS输出端的接法如图5-6所示。实验时注意CCVS输出电压的极性，可以根据实验情况倒换极性。
(2)保持Is＝1mA，令RL从0增至4 KΩ，测量IL及 U2 值，绘制 IL＝f（U2）曲线。
4、受控源VCCS与CCVS进行适当的联接组成VCVS，如图5-10所示 ，等效电路如图5-11所示。测量受控源VCVS的转移特性U2＝f（U1）及负载特性U2＝f（IL）。
图5-10
图5-11
(1) 按图5-10所示的电路图接线。固定RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压U1，使其在 0~8V范
围内取值。测量U1及相应的U2值，记录之。
注意：级联实验注意连线，前级VCCS连线如图5-6所示，所不同的是，需在其输出端接一个100Ω（或200Ω）的电阻，同时还要将其输出端用导线连接到CCVS的输入端。CCVS输出端的接法如图5-7所示。实验时注意CCVS输出电压的极性，可以根据实验情况倒换极性。
绘制电压转移特性曲线U2＝f（U1）， 并由其线性部分求出转移电压比μ。
(2)保持U1＝4V，调节RL阻值从1KΩ增至∞，测 U2 及 IL，绘制负载特性曲线U2＝f（IL）。
五、注意事项
1、每次组装线路，必须事先断开供电电源，但不必关闭电源总开关。
2、在用恒流源供电的实验中，不要使恒流源的负载开路。
3、实验中，注意运放的输入电压不得超过10V。
六、实验报告
1、受控源和独立源相比有何异同点？比较四种受控源的代号、电路模型、控制量与被控量的关系。
2、根据实验数据，分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，并求出相应的转移参量。
3、如何由两个基本的 CCVS 和 VCCS 获得其它两个 CCCS 和 VCVS，它们的输入输出如何连接？