(发送)的负阻抗变换器和回转器的设计2

1、（发送）的负阻抗变换器和回转器的设计2负阻抗变换器和回转器的设计摘要本文简要介绍了负阻抗变换器（NIC）和回转器的原理，通过实验研究NIC的性 能，并应用NIC性能作为负内阻电源研究其输出特性；并且利用负阻抗变换器实现回转器。关键字负阻抗变换器运算放大器二端口网络回转器回转电导1.负阻抗变换器 的原理负转换器是一种二端口网络，通常，把一端口处的U1和II称为输入电压和输入电流, 而把另一端口'处的U2和-12称为输出电压和输出电流。UI、II和U2、12的指定参考方 向如下图中所示。根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分 为电流反向型（INIC）和电压反向型（V

2、NIC）两种，电路图分别如下图的（a） （b）所示：图中U1和II称为输入电压和输入电流，U2和-12称为输出电压和输出电流。口、 口和U2、12的指定参考方向如图1-1、1-2中所示。根据输入电压和电流与输出电压和电 流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型（INIC）和电压反向型（VNIC）两种，对于 INIC,有UI =U2： 11=（ ?K1） （?12）式中K1为正的实常数，称为电流增益。由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-12不仅大小与输入电流II不同（为II 的1/ K1倍）而且方向也相反。换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时， 输出电流的实际方向与

3、它的参考方向相反（即和12的参考方向相同）。对于VNIC,有 U1二?K2 U2 ； II = ?12式中K2是正的实常数，称为电压增益。由上式可见，输出 电流T2与输入电流II相同，但输出电压U2不仅大小与输入电压U1不同（为U1的1/K2 倍）而且方向也相反。若在NIC的输出端口 22'接上负载ZL,则有U2二-I2ZLo对于INIC,从输 入端口看入的阻抗为Zinl?UlIl?U2KlI2?lKlZL对于TNIC,从输入端口看入的阻抗为Zinl?UlIl?K2U2?I2?K2U2I2?K2ZL若倒过来，把负载ZL接在输入端口，则有Uk-I1ZL,从输出端口看入，对于CNIC, 有

4、Zin2?U2I2?UllKlIl?KlUlIl?KlZL对于VNIC,有U2I2?l?K2Ul?UlK2IllK2Zin2?Il?ZL综上所述，NIC是这样一种二端口器件，它把接在一个端口的阻抗变换成另一端口的 负阻抗。负阻抗变换器可以用一个运算放大器构成。下图L3是一个电流反向型负阻抗变换器。图1-3电流反相型负阻抗变换器运算放大器输出端电压uO?ul?i3RO?u2?i4RO再根据理想运算放大器，同相输入端 “ 十 ”和反相输入端“一”之间的“虚短”特性，可得up?un ,即ul?u2,根据“虚断” 特性，可得il?i3;i2?i4,带入上式可得根据负载Z1上的端电压和电流的参考方 向,

5、有 I?U?Z1,U1看入的输入阻抗有Zin?Ul?U2?IlI2?Zlo因此，U1端的负载阻抗Z1通过负阻抗变换器，在U1端可等效 为负阻抗（一Z1）,即从输入端的特性而言，上述端口相当于一个负阻抗元件。例如，当 负载为电阻R,则从输入端看入，相当于一个负电阻（-R）o 2.基于负阻抗变换器的实验 设计与应用（一）测定负阻抗变换器的伏安特性。负阻抗变换器元件可以和普通的电阻元件作 串联接，其等值限抗的计算方法与无源元件的计算方法相同，因此也可以用这种方法改变 负阻抗的值。仿真电路图1-4图示：图1-4表格1：负阻抗变换器伏安特性测量数据R3/C U/V I/mA R测/C R理/C300 3

6、 -10.0 -300 -300 500 3 -6.002 -500 -500 700 3 -4. 288 -700 -700 900 3 - 3.335 -900 -900 1100 3 -2. 728 -1100 -1100 1300 3 -2.309 -1300 -1300 1500 3 - 2. 001 -1500 -1500 1700 3 T.766 -1700 -1700 1900 3 -1.580 -1900 -1900 2000 3 - 1.501 -2000 -2000由测量数据知，测量量与理论值非常吻合。如果在输入端加上正弦激励，如下图1-5所示，通过示波器可以得到电压与电流反相 的波形（蓝线电流，红线电压）图1-6。图1-5图1-6（二）由负阻抗变换器可以构成一个具有负内阻的电压源，其电路见下图1-7,负载端 为等效负内阻电压源的输出端。图1-7表格2：负内阻电压源负载端电压电流测量值R4/Q U/V 500 3. 753 600 3. 60