实验十四 负阻抗变换器及其应用.doc

实验十四 负阻抗变换器及其应用 一、实验目的 学习用线性集成运算放大器构成负阻抗变换器。 学习负阻抗变换器的测量方法。 了解负阻抗变换器的应用。 实验属性（综合性） 三、实验仪器设备及器材 计算机及其EWB软件。 四、实验要求 预习时仔细阅读实验指导书，复习教材的有关内容。 了解实验目的、原理和任务。 五、实验原理 1、负阻抗变换器 负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用。负阻抗的产生除某些非线性元件（如隧道二极管）在某个电压或电流的范围内具有负阻抗特性外，一般都有一个有源双网络来形成一个等值的线性负阻抗。该网络由线性集成电路组成，这样的网络称作负阻抗变换器。 按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系，可分为电流反向型和电压反向型两种（INIC及VNIC），INIC的电路模型如图14--1所示。 图14—1 INIC 在理想情况下，其电压、电流关系为： 对于INIC型：，（k为电流增益） 对于VNIC型：,（k为电压增益） 如果在INIC的输出端接上负载ZL，如图14--2所示，则它的输入阻抗Z i为： 图14-2 本实验用线性运算放大器组成如图14-3所示的INIC电路，在一定的电压、电流的范围内可获得良好的线性度。 图14-3 根据运放理论可知： , ∴ 当， 时； 若 ； 若 ， 则 , 若 ， , 2、应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源,电路如图14-4所示 图14-4 U2端为等效负内阻电压源的输出端。由于U+=U-=U2,I1=-I2 故输出电压 U2=US-R0I1=US+R0I2 显然，该电压源的内阻为-R0，输出端电压随输出电流的增加而增加。具有负内阻电压源的等效电路和伏安特性曲线如图14-5所示。 图14-5 研究RLC串联电路的方波响应。 在二阶电路的实验中研究RLC串联电路的方波响应时，由于实际电感元件本身存在直流电阻。因此响应类型只能观察到过阻尼情况，临界阻尼情况和欠阻尼情况三种形式。图14-8是利用具有负内阻的方波电源作为激励。由于电源的负内阻可以和电感的电阻相“抵消”。响应类型可以出现RLC串联回路总电阻为零的无阻尼等幅振荡情况和电阻小于零的负阻尼发散振荡情况。 六、实验步骤： 1、测量负阻抗的伏安特性，计算电流增益K及等效负阻抗。实验线路如图14-6所示。 图14-6 负阻抗电路 表14-1 RL=300Ω U1（V） 0 0.2 0.6 0.8 1 I1（mA） （KΩ） RL=600Ω U1（V） I1（mA） （KΩ） （1）调节负载电阻的阻值，使RL=300Ω。 （2）令直流稳压电源的输出电压在（0-1V）范围内，取表14-1中的不同值时，分别测量INCI的输入电压U1及输入电流I1，将测量结果填入表14-1中。 （3）使RL=600Ω，重复上述测量。 （4）计算： 等效负阻： 实验测量值： 理论计算值： 电流增益： （5）绘制负电阻的伏安特性曲线U1=f（I1） 2、用伏安法测定具有负内阻电压源的伏安特性。 实验电路如图14-7所示。 图14-7 电源用1V电压，RS取为300Ω，负载电阻RL从12kΩ开始减少,至到600Ω。 表14-2 R（Ω） 12000 10000 5000 2500 1200 1000 800 700 600 U（V） I（mA） 3、用示波器观察RLC串联电路的方波响应。 实验电路如图14-8所示。 ∞ RS R + - R R L + US C - 图14-8 电阻RS对于RLC串联电路相当于是负电阻，增加RS相当于减小了RLC串联回路的总电阻数值。 实验时，先取RRS，然后逐渐减小R使响应分别出现过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼的五种情况。 从方波发生器取出方波，使方波电压UMS=1V，f=500HZ 观察电路参数