电子电工综合实验旋转器设计.docx

电子电工综合实验旋转器设计摘要：介绍如何使用运算放大器构成负阻抗变换器，并利用负阻抗变换器构成一个旋转角，定标系数R=1kΩ的旋转器，使用Multisim 实现对实验的仿真。关键词：运算放大器负转换器负阻抗变换器旋转器引言：负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛应用。负阻抗一般都由一个有源二端网络来形成一个等值的线性负阻抗。旋转器属于线性转换器，可以完成输入端和输出端的特性变换。利用这种变换，可以从目前常用的非线性电阻器等元件产生出许多新的非线性元件，为工程上非线性元器件提供了来源。实验原理负转换器 负转换器是一种双口器件，共有两种类型：电流反向负转换器（INIC）和电压反向负转换器（VNIC）,这里以INIC为例说明.电流反向负转换器电压-电流关系为：，上式表明，流入与流出电流反向负转换器的电流方向相反，输入电压与输出电压极性相同。即电流反向负转换器能转换电流的方向并保持电压的极性不变。负阻抗变换器 负阻抗变换器是用一个运算放大器构成的电流反向型负阻抗变换器,其电路图如下图中虚线部分所示。 运算放大器输出端电压，再根据理想运算放大器，同相输入端“+”和反相输入端“-”之间的虚短特性，可得，即;根据“虚断”特性，可得，。带入上式可得。 根据负载上的端电压和电流的参考方向，有,因此从输入端看入的输入阻抗：。负阻抗变换器旋转器 T型电阻网络旋转器的示意图如下定义,因此有T参数方程对应T参数的三个电阻分别是因为R=1KΩ,所以三个电阻阻值分别为.旋转器的电路图如下实验过程负阻抗变换器电压固定，改变负载，读电压、电流，计算负阻抗；按图接线，电源电压固定为8V左右，为50Ω，负载用电阻箱分别取1kΩ、1.2 kΩ、1.4kΩ、1.6kΩ、1.8kΩ、2kΩ。分别记录以上几种情况下的电压表读数、电流表读数。实验后，将实验数据填入表1中，计算等值负阻抗，并与理论值相比较。2）负载固定，改变电压，测取负阻抗。按图接线，使，在1V-5V范围内改变电源电压，依次取五个工作点，读出电压表、电流表读数，填入表二。Z1 /Ω 100012001400160018002000U1 / V 8.0008.0008.0008.0008.0008.000I1/ mA -8.022-6.688-5.736-5.020-4.466-4.020等效电阻（Ω）理论值-1000-1200-1400-1600-1800-2000测量值-997.3-1199.8-1394.7-1593.6-1791.3-1990.0表一U1 / V 1.0082.0003.0014.0025.000I1 / mA -1.029-2.021-3.022-4.023-5.022等效电 阻/ Ω理论值-1000测量值-979.6-993.1-994.8-995.6表二2.旋转器1）使用的电阻作为负载，按图连接线路，改变电源电压，读取电流表和电压表读数，测量并计算旋转前后的伏安特性“角度”，察看是否“旋转了设计的角度，并作“旋转“前后的伏安特性曲线图。得到的结果如下图所示，旋转前的伏安特性曲线图位于坐标系的第一象限，旋转后位于第四象限。，误差，满足实验要求。线性电阻旋转前后伏安特性曲线图2）使用二极管作为负载，按图连接线路，改变电源电压，读取电压表和电流表读数测量并计算旋转前后的伏安特性“角度”，察看是否“旋转了设计的角度，并作“旋转“前后的伏安特性曲线图。所得结果如下表所示，旋转角度。二极管旋转前后伏安特性曲线图实验结果分析与讨论根据实验数据可以得出，本实验所设计的旋转器满足实验要求，即旋转角，定标系数R=1kΩ。在负阻抗变换器的验证数据中，我们发现，在一定的电压范围内，电压越高，测量值越接近理论值，正是因为这个缘故，在接下来验证线性电阻以及非线性电阻的旋转特性时，在电压一定的范围内，电压越大，所得到的旋转角越接近。在验证二极管的旋转特性实验中，我们可以得出结论：二极管的开启电压约为0.4V,当电压增大到一定程度后，二极管的端电压不随电流的增大而增大，所以在二极管正向导通的情况下，可以近似的看作一条导线。在本实验中，二极管的选取对实验结果有很大的影响，当选择一个二极管做实验之前，应该弄清楚二极管的工作范围，选取适当的电压值，才能得到想要的结果。参考文献[1]黄锦安.电路. 北京：机械工业出版社，2003.[2]马鑫金.电工仪表与电路实验技术. 北京：机械工业出版社，2008.[3]刘树堂.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计. 西安：西安交通大学出版社，2009.[4]王连英.基于Multisim 10的电子仿真实验与设计. 北京：北京邮电大学出版社，2009.2010年05月04日