主頁 > 技術(shù)文章 > 電路分析實驗箱-受控源特性測試 2021-11-30

電路分析實驗箱-受控源特性測試

一、實驗目的
1.熟悉四種受控電源的基本特性，掌握受控源轉(zhuǎn)移參數(shù)的測試方法。
2.加深對受控源的認識和理解。
二、原理說明
1.電源有獨立電源（如電池、發(fā)電機等）與非獨立電源（或稱為受控源）之分。
受控源與獨立源的不同點是：獨立源的電勢E_S或電激流I_S是某一固定的數(shù)值或是時間的某一函數(shù)，它不隨電路其余部分的狀態(tài)而變。而受控源的電勢或電激流則是隨電路中另一支路的電壓或電流而變的一種電源。
受控源又與無源元件不同，無源元件兩端的電壓和它自身的電流有一定的函數(shù)關(guān)系，而受控源的輸出電壓或電流則和另一支路（或元件）的電流或電壓有某種函數(shù)關(guān)系。
2.獨立源與無源元件是二端器件，受控源則是四端器件，或稱為雙口元件。它有一對輸入端（U₁、I₁）和一對輸出端（U₂、I₂）。輸入端可以控制輸出端電壓或電流的大小。施加于輸入端的控制量可以是電壓或電流，因而有兩種受控電壓源（即電壓控制電壓源VCVS和電流控制電壓源CCVS）和兩種受控電流源（即電壓控制電流源VCCS和電流控制電流源CCCS）。它們的示意圖見圖7-1。

圖7-1

3.當受控源的輸出電壓（或電流）與控制支路的電壓（或電流）成正比變化時，則稱該受控源是線性的。
理想受控源的控制支路中只有一個獨立變量（電壓或電流），另一個獨立變量等于零，即從輸入口看，理想受控源或者是短路（即輸入電阻R₁ = 0，因而U₁ = 0）或者是開路（即輸入電導G₁ = 0，因而輸入電流I₁ = 0）；從輸出口看，理想受控源或是一個理想電壓源或者是一個理想電流源。
4.控制端與受控端的關(guān)系式稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。
四種受控源的轉(zhuǎn)移函數(shù)參量的定義如下：
（1）壓控電壓源(VCVS)： U₂= f (U₁)，μ= U₂/U₁        稱為轉(zhuǎn)移電壓比。
（2）壓控電流源(VCCS)： I₂= f (U₁)，gm= I₂/U₁ 稱為轉(zhuǎn)移電導。
（3）流控電壓源(CCVS)： U₂= f (I₁)，rm= U₂/I₁   稱為轉(zhuǎn)移電阻。
（4）流控電流源(CCCS)： I₂= f (I₁)，α= I₂/I₁      稱為轉(zhuǎn)移電流比（或電流增益）。
三、實驗設(shè)備

序號	名稱	型號與規(guī)格	數(shù)量	備注
1	可調(diào)直流穩(wěn)壓電源		1
2	可調(diào)恒流源		1
3	直流數(shù)字電壓表		1
4	直流數(shù)字毫安表		1
5	可變電阻箱		1
6	受控源實驗電路板		1

四、實驗內(nèi)容
1.測量受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性U₂ = f（U₁）及負載特性U₂ = f (I_L)，實驗線路如圖7-2。

圖7-2

（1）不接電流表，固定R_L = 1KΩ，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓U₁，測量U₁及相應(yīng)的U₂值，記入表7-1。在方格紙上繪出電壓轉(zhuǎn)移特性曲線U₂ = f (U₁)，并在其線性部分求出轉(zhuǎn)移電壓比μ。
表8-1

U₁( V )	0	1	2	3	4	5	6	7	8	μ
U₂( V )

（2）接入電流表，保持U₁ = 3V，調(diào)節(jié)R_L可變電阻箱的阻值，測U₂及I_L，繪制負載特性曲線U₂ = f (I_L)。

R_L(Ω)	50	70	100	200	300	400	500	∞
U₂(V)
I₂( mA )

2.受控源VCCS的轉(zhuǎn)移特性I_L = f (U₁)及負載特性I_L = f (U₂)，實驗線路如圖7-3。

圖7-3

（1）固定R_L = 1KΩ，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U₁，測出相應(yīng)的I_L值，繪制I_L = f (U₁)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電導gm。

U₁( V )	2.8	3.0	3.2	3.5	3.7	4.0	4.2	4.5	gm
I_L( mA)

（2）保持U₁ =3V，令R_L從大到小變化，測出相應(yīng)的I_L及U₂，繪制I_L = f (U₂)曲線。

R_L(KΩ)	1	0.8	0.7	0.6	0.5	0.4	0.3	0.2	0.1	0
I_L( mA )
U₂( V )

測量受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性U₂ = f (I₁)與負載特性U₂ = f (I_L)，實驗線路如圖7-4。

圖7-4

（1）固定R_L = 1KΩ，調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流I_S，使其在0.05～0.7mA范圍內(nèi)取8個數(shù)值，測出U₂值，繪制U₂ = f (I₁)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電阻rm。

Is (mA)									rm
U₂ (V)

（2）保持I_S = 0.5mA，令R_L值從1KΩ增至8KΩ，測出U₂及I_L，繪制負載特性曲線U₂ = f (I_L)。

R_L (KΩ)
U₂ (V)
I_L ( mA )

3.測量受控源CCCS的轉(zhuǎn)移特性I_L = f (I₁)及負載特性I_L = f (U₂)，實驗線路如圖7-5。

圖7-5

（1）固定R_L = 1KΩ，調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流I_S，使其在0.05～0.7mA范圍內(nèi)取8個數(shù)值，測出I_L，繪制I_L = f (I₁)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電流比α。

I₁(mA)								α
I_L(mA)

（2）保持IS = 0.05mA，令R_L值從0，100Ω，200Ω增至20KΩ，測出I_L，繪制I_L = f (U₂)曲線。

R_L(KΩ)	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1	2	5	10	20
I_L(mA)
U₂(V)

五、實驗注意事項
1.每次組裝線路，必須事先斷開供電電源，但不必關(guān)閉電源總開關(guān)。
2.用恒流源供電的實驗中，不要使恒流源的負載開路。
六、預習思考題
1.受控源和獨立源相比有何異同點？比較四種受控源的控制量與被控量的關(guān)系如何？
2.四種受控源中的rm、gm、α和μ的意義是什么？如何測得？
3.若受控源控制量的極性反向，試問其輸出極性是否發(fā)生變化？
4.受控源的控制特性是否適合于交流信號？
5.如何由兩個基本的CCVS和VCCS獲得其它兩個CCCS和VCVS，它們的輸入輸出應(yīng)如何連接？
七、實驗報告
1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在方格紙上分別繪出四種受控源的轉(zhuǎn)移特性和負載特性曲線，并求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)移參量。
2.對預習思考題作必要的回答。
3.對實驗的結(jié)果作出合理的分析和結(jié)論，總結(jié)對四種受控源的認識和理解。

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電路分析實驗箱-受控源特性測試

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