用零子任意子模型分析含运放的电路(学生).doc

实验 用零子任意子模型分析含运放的电路一、研究任务和目的任务利用零子任意子模型对含理想运放的电路进行分析计算并用电路仿真软件验证分析结果。目的1掌握理想运放的奇异子偶模型。2学习利用该模型对含理想运放的电路进行分析的方法。3熟悉电路仿真方法二、研究背景对含运算放大器的电路，可采用压控压源(VCVS)的模型进行电路分析。将所得结果按理想条件进行近似和简化，就得到含理想运放电路的结果。不过对于含有理想运放的电路，使用零子、任意子模型来分析就更为简便。三、推荐电路仿真软件EWB 或Multisim四、预备知识理想运放的输入端和输出端可分别各用一个二端元件来表示。输入端口变量的约束为零，称其为零子（Nullator），其端口的电压、电流间约束关系为：输出端口变量之间无相互约束，可取任意值，称其为任意子(Norator) ，其端口的电压、电流间约束关系为：电路符号如图1所示，两者合在一起即为理想运放的模型，称为奇异子偶(Nullor)模型。 (a) (b)图1 理想运放的电路图符号及奇异子偶模型零子的奇异端口变量约束关系对应着理想运放输入端“虚短路”和“虚开路”的概念，而任意子则既似电流源又似电压源。应注意，零子和任意子在理想运放模型中的输入端和输出端同时出现。单个的零子或任意子在电路中没有意义。 对含有理想运放的电路，使用零子、任意子模型来计算很简便，下面以反相放大器为例说明其分析方法。 (a) (b)图2 反相电压放大器及其等效电路对图1(b)采用节点分析法。节点3 （1）iN为任意子中的电流，流向节点3节点2 （2）上两式中有3个未知量，可利用零子特性增加一补充方程 (3)将式(3)代入式(2)，得即电路的放大倍数从上面的分析可看出，当不需要知道任意子中电流iN时，式(1)可以不必列出，而补充方程(3)可以在列写方程(2)时直接代入，即只列出与零子相接节点的电流平衡方程即可。在用节点电压法分析含零子、任意子的电路时，对任意子的处理与在一般电路计算中对纯电压源支路的处理相似；当用回路电流法分析时，可把任意子像纯电流源支路那样处理，即令其只属于一个回路，而该回路的电压平衡方程不必列出。五、研究内容1 试用零子任意子模型分析图3所示电路，若R1/R2= R3/R41）试证明输出电流iL与负载电阻RL无关。 图32）利用电路仿真软件验证分析结果。进行电路仿真验证时，运放可选用LM324或A741，电阻应为千欧姆数量级，输入电压ui的变化范围为5V5V。 对负载电阻RL进行参数扫描，取值范围为1kW50kW，合理选择输出量，以便观测输出电流iL随RL的变化情况。 保持电路中电阻参数不变，观测输出电流iL随输入电压ui的变化曲线，总结该电路作用。2试用零子任意子模型分析图4所示电路 图41) 求电路的电压放大倍数。2) 利用电路仿真软件验证该分析结果。令R6= R5，R3R4，对电阻R1进行参数扫描，观察输出电压的变化趋势，注意分析如下几种特殊情况：i) 输出电压快速进入饱和的情况ii) 输出电压为0的情况iii) 输出电压相对于输入电压极性发生变化的情况 保持其中一组参数不变，测出使电路工作在线性区的输入电压的范围（给出输入、输出关系曲线）。七、注意事项请尽可能用仿真软件的示波器观测输出量随输入量变化的关系曲线