电路 实验十五　负阻抗变换器与回转器.doc

实验十五　负阻抗变换器与回转器 一、实验目的 1.加深对负阻抗概念的认识， 掌握对含有负阻的电路分析研究方法。 2.了解负阻抗变换器的组成原理及其应用。 3.掌握负阻器的各种测试方法。 4.掌握回转器的基本特性 5.测量回转器的基本参数 6.了解回转器的应用 二、原理说明 1.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。有些非线性元件（如燧道二极管）在某个电压或电流范围内具有负阻特性。除此之外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器。 按有源网络输入电压电流与输出电压电流的关系，负阻抗变换器可分为电流倒置型和电压倒置形两种(INIC及VNIC)，其示意图如图15-1所示。 　　　　　　　　　　　　 图 15-1 负阻抗变换器 　　在理想情况下，负阻抗变换器的电压、电流关系为： INIC型：2＝1，2＝K1 （K为电流增益） VNIC型：2＝-K11，2＝-1（K1为电压增益） 2.本实验用线性运算放大器组成如图15-2所示的INIC电路， 在一定的电压、电流范围内可获得良好的线性度。 5-2线性运算放大器组成的负阻抗变换器 　　根据运放理论可知： 1＝+＝－＝2 又　5＝6＝0， 1＝3，2＝－4 ∴ 4Z2＝－3Z1，－2Z2＝－1Z1， 　∴ ∴ 　　 Z1 R1 当 Z1＝R1＝R2＝Z2＝1KΩ时，K＝──＝──＝1 　　　　　 Z2 R2 (1)若ZL＝RL时，Zi＝－KZL＝－RL 1 　 1 1 (2)若ZL＝ ── 时，Zi＝－KZL＝－ ── ＝jωL（令 L＝ ── ） 　　　　 jωC jωC ω2C 　 　　 　1 1 (3)若ZL＝jωL 时，Zi＝－KZL＝－ jωL＝── （令 C＝ ── ） 　　　　 　 　 jωC ω2L （2）（3）两项表明，负阻抗变换器可实现容性阻抗和感性阻抗的互换。 3.回转器是一种有源非互易的新型两端口网络元件， 电路符号及其等效电路如图15-3(a)、(b)所示。 图 15-3 回转器 　　理想回转器的导纳方程如下： I1　　 0 g u1 　 ＝ ，或写成 i1＝gu2 ，i2＝－gu1 I2 　 -g 0 u2 　　也可写成电阻方程： 　u1　　0 -R i1 　 ＝ ，或写成u1＝－Ri2 ，u2＝Ri1 u2 　R 0 i2 　　式中g和R分别称为回转电导和回转电阻，统称为回转常数。 4.若在2-2端接一电容负载C，则从1-1端看进去就相当于一个电感，即回转器能把一个电容元件“回转”成一个电感元件；相反也可以把一个电感元件“回转”成一个电容元件，所以也称为阻抗逆变器。 2-2端接有C后，从1-1端看进去的导纳Yi 为 ，式中为等效电感。 5.由于回转器有阻抗逆变作用，在集成电路中得到重要的应用。 因为在集成电路制造中，制造一个电容元件比制造电感元件容易得多，我们可以用一带有电容负载的回转器来获得数值较大的电感。图15-4为用运算放大器组成的回转器电路图。 图 15-4 运算放大器组成的回转器 三、实验仪器及设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 直流稳压电源 0～30V 1 DG04 2 低频信号发生器 1 DG03 3 直流数字电压表、毫安表 0～200V，0～200mA 各1 D31 4 交流毫伏表 0～600V 1 D83 5 双踪示波器 1 自备 6 可变电阻箱 0～9999.9Ω 1 DG09 7 电容器 0.1μF 1 DG09 8 线性电感 100mH 1 DG09 9 电阻器 200Ω,1KΩ DG09 10 负阻抗变换器 实验电路板 DG04或DG06 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 低频信号发生器 1 DG03 2 交流毫伏表 0～600V 1 3 双踪示波器 1 自备 4 可变电阻箱 0～99999.9Ω 1