运算放大器电路应用——旋转器设计简析.doc

运算放大器电路应用（二） ——旋转器设计 院系：自动化学院 专业：轨道交通信号与控制 班级：9131109301 学号：913110930127 姓名：赵秋宇 日期：2015年3月27日 摘要 通过运用运算放大器来实现负电阻转换器的制作，并把负电阻转换器接入T型电阻网络，分别用电阻和二极管做负载，运用Multisim软件仿真，实现角度的转换，产生新的电路元件。 [关键字]运算放大器 负电阻 旋转器 旋转角 引言： 在本实验中，用运算放大器设计了一个旋转角θ=—（顺时针），定标系数R=1 KΩ的旋转器电路。再分别用电阻和二极管做负载，测量并计算是否旋转了设计的角度，并作出旋转前后的伏安特性曲线图。 旋转器电路原理简述如下： 旋转器符号如图a所示，可以将线性或非线性元件在u-i平面内 旋转一个角度，产生新的电路元件。 I1 I2 A U1 U2 B 图(a) 旋转器“旋转”前后如图b所示。 图(b) 若将一个具有图B中A的u-i特性的非线性电阻元件接在图A的U2端口，则在图A的U1端口得到图B中B的u-i特性曲线。从图B可见，曲线B是曲线A逆时针旋转了θ角。 设曲线A上一点P的坐标（u,i）,离原点距离为r，则有 u=r i=r （1） 点P逆时针旋转了θ角后到P’点，坐标（u1 , i1 ）为 u1=r=r－r； （2） i1=r=r＋r； （3） 将式（1）代入式（2），得： u1=u－i （4） 将式（1）代入式（3），得： i1=u＋i （5） 式（4）中，无量纲，是电阻的量纲，因而要乘一个定标系数R。定标系数R的大小取决于u-i曲线中电压和电流的单位，R＝u/i。 式（4）成为： u1=u－iR (6) 同样，式（5）中无量纲，是电导的量纲，要除一个定标系数R。因而式（5）成为： i1=＋i (7) 在图A中，定义i=－i2，u=u2，因此有T参数方程： u1 u2 i1 -i2 （8） 用T形电阻网络的旋转器来实现，对应 参数的3个电阻是： （9） 由于定义了旋转逆时针为+θ角，对于旋转顺时针即为－θ角,故在顺时针旋转时，式（9-10）中R3为负,即R3是负电阻，图(c)就可以实现旋转器的功能。 根据以上原理，为了实现旋转角15-85度（顺时针）的旋转器，电路中个参数应为R1=R2，R3应该有不同的值，而R3是负电阻，因此需要设计出一个负电阻。根据教材《电路》第99页，一个运算放大器、三个电阻和一个电压源即可设计成负电阻，原理图如下： 由欧姆定律及运算放大器的虚短特性可知，输入电阻（负电阻）为，当R1=R2时，负电阻即为-R3，负电阻电阻电路如下图所示 E很小，与理论值相符，因此负电阻是可靠的。 测量并计算线性元件做负载时旋转前后的伏安特性“角度” 1、实验电路图 要做一个旋转角度为-45度的旋转器，定标系数R=1000， 电路图如下： 2、实验数据： 3、旋转前后伏安特性曲线图： 4、数据分析： （1）在本实验中R3、R4、R5取得都是近似值，所以对实验结果产生 了一定的影响，造成一定的误差。 （2） 由于E很小，所以实验测出的旋转角度与理论值基本一致，说明 当线性元件做负载时，旋转器的旋转角度是可靠的。 测量并计算线性元件做负载时旋转前后的伏安特性“角度” 1、实验电路图 要做一个旋转角度为-45度的旋转器，定标系数R=1000 所以电路图如下： 2、实验数据： 3、旋转前后伏安特性曲线图：