1.5 受控源研究实验
一、实验目的
（1）加深对受控源的理解。
（2）熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用。
（3）掌握受控源特性的测量方法。
二、实验仪器设备
（1）直流数字电压表1块。
（2）直流数字毫安表1块。
（3）恒压源（双路0～30V可调）1块。
（4）恒源流（0～500mA可调）1个。
（5）实验电路板1块。
三、实验原理与说明
1.受控源
受控源向外电路提供的电压或电流是受其他支路的电压或电流控制，因而受控源是双口元件：一个为控制端口，或称输入端口，输入控制量（电压或电流）；另一个为受控端口或称输出端口，向外电路提供电压或电流。受控端口的电压或电流，受控制端口的电压或电流的控制。根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为4类：
（1）电压控制电压源（VCVS），如图1-5-1（a）所示，其特性为：
u2=μu1
式中：
称为转移电压比（即电压放大倍数）
（2）电压控制电流源（VCCS），如图1-5-1（b）所示，其特性为：
i2=gu1
式中：
称为转移电导。
（3）电流控制电压源（CCVS），如图1-5-1（c）所示，其特性为：
u2=γi1
式中：
称为转移电阻。
图1-5-1 受控源
（4）电流控制电流源（CCCS），如图1-5-1（d）所示，其特性为：
i2=βi1
式中：
称为转移电流比（即电流放大倍数）。
2.用运算放大器组成的受控源
运算放大器的电路符号如图1-5-2所示，具有两个输入端：同相输入端u+和反相输入端u-，一个输出端uo，放大倍数为A，则uo=A（u+-u-）。
对于理想运算放大器，放大倍数A为∞，输入电阻为∞，输出电阻为0，由此可得出两个特性：
特性1：u+=u-；
特性2：i+=i-=0。
（1）电压控制电压源（VCVS）。电压控制电压源电路如图1-5-3所示。由运算放大器的特性1可知：u+=u-=u1，则
图1-5-2 运算放大器
图1-5-3 电压控制电压源
由运算放大器的特性2可知
，代入
、
得：
可见，运算放大器的输出电压u2受输入电压u1控制，其电路模型如图1-5-1（a）所示，转移电压比：
。
（2）电压控制电流源（VCCS）。电压控制电流源电路如图1-5-4所示。由运算放大器的特性1可知：u+=u-=u1，则
由运算放大器的特性2可知：
即i2只受输入电压u1控制，与负载RL无关（实际上要求RL为有限值）。其电路模型如图1-5-1（b）所示。
转移电导为：
（3）电流控制电压源（CCVS）。电流控制电压源电路如图1-5-5所示。由运算放大器的特性1可知：u-=u+=0，u2=RiR由运算放大器的特性2可知：iR=i1，代入上式，得
u2=Ri1
即输出电压u2受输入电流i1的控制。其电路模型如图1-5-1（c）所示。转移电阻为
（4）电流控制电流源（CCCS）。电流控制电流源电路如图1-5-6所示。由运算放大器的特性1可知：
u-=u+=0
由运算放大器的特性2可知：
，代入上式，得
即输出电流i2只受输入电流i1的控制。与负载RL无关。它的电路模型如图1-5-1（d）所示。转移电流比
图1-5-4 电压控制电流源
图1-5-5 电流控制电压源
图1-5-6 电流控制电流源
四、实验内容与步骤
1.测试电压控制电流源（VCCS）特性
实验电路如图1-5-7所示，图中U1用恒压源的可调电压输出端，R1=10kΩ，RL=2kΩ（用电阻箱）。
（1）测试VCCS的转移特性I2=f（U1）。调节恒压源输出电压U1（以电压表读数为准），用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表1-5-1中。
图1-5-7 测试电压控制电流源特性
表1-5-1 VCCS的转移特性数据
（2）测试VCCS的负载特性I2=f（RL）。保持U1=2V，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电流表测量对应的输出电流I2，将数据记入表1-5-2中。
表1-5-2 VCCS的负载特性数据
2.测试电流控制电压源（CCVS）特性
实验电路如图1-5-8所示，图中I1用恒流源，R1=10kΩ，RL=2kΩ（用电阻箱）。
图1-5-8 测试电流控制电压源特性
（1）测试CCVS的转移特性U2=f（U1）。调节恒流源输出电流I1（以电流表读数为准），用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表1-5-3中。
表1-5-3 CCVS的转移特性数据
（2）测试CCVS的负载特性U2=f（RL）。保持I1=0.2mA，负载电阻RL用电阻箱，并调节其大小，用电压表测量对应的输出电压U2，将数据记入表1-5-4中。
表1-5-4 CCVS的负载特性数据
五、注意事项
（1）用恒流源供电的实验中，不允许恒流源开路。
（2）运算放大器输出端不能与地短路，输入端电压不宜过高（小于5V）。
六、思考题
（1）什么是受控源？了解4种受控源的缩写、电路模型、控制量与被控量的关系。
（2）4种受控源中的转移参量μ、g、r和β的意义是什么？如何测得？
（3）若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否发生变化？
（4）如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其他两个CCCS和VCVS，它们的输入/输出如何连接？
（5）了解运算放大器的特性，分析4种受控源实验电路的输入/输出关系。
（6）根据实验数据，在方格纸上分别绘出4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μ、g、γ和β。