运算放大器电路应用——旋转器设计

1、运算放大器电路应用（二）旋转器设计院系：自动化学院专业：轨道交通信号与控制班级：9131109301学号：913110930127姓名：赵秋宇日期：2015年3月27日摘要通过运用运算放大器来实现负电阻转换器的制作，并把负电阻转换器接入T型电阻网络，分别用电阻和二极管做负载，运用Multisim软件仿真，实现角度的转换，产生新的电路元件。关键字运算放大器 负电阻 旋转器 旋转角引言： 在本实验中，用运算放大器设计了一个旋转角=（顺时针），定标系数R=1 K的旋转器电路。再分别用电阻和二极管做负载，测量并计算是否旋转了设计的角度，并作出旋转前后的伏安特性曲线图。旋转器电路原理简述如下：旋转器符号

2、如图a所示，可以将线性或非线性元件在u-i平面内旋转一个角度，产生新的电路元件。I1 I2 A U1 U2 B 图(a)旋转器“旋转”前后如图b所示。 B端 A端Pr 图(b) 若将一个具有图B中A的u-i特性的非线性电阻元件接在图A的U2端口，则在图A的U1端口得到图B中B的u-i特性曲线。从图B可见，曲线B是曲线A逆时针旋转了角。设曲线A上一点P的坐标（u,i）,离原点距离为r，则有u=ri=r （1） 点P逆时针旋转了角后到P点，坐标（u1 , i1 ）为u1=r=rr； （2）i1=r=rr； （3）将式（1）代入式（2），得：u1=ui （4） 将式（1）代入式（3），得：i1=ui

3、 （5）式（4）中，无量纲，是电阻的量纲，因而要乘一个定标系数R。定标系数R的大小取决于u-i曲线中电压和电流的单位，Ru/i。式（4）成为：u1=uiR (6) 同样，式（5）中无量纲，是电导的量纲，要除一个定标系数R。因而式（5）成为：i1=i (7) 在图A中，定义i=i2，u=u2，因此有T参数方程：u1 u2i1 -i2 （8） 用T形电阻网络的旋转器来实现，对应 参数的3个电阻是： （9） 由于定义了旋转逆时针为+角，对于旋转顺时针即为角,故在顺时针旋转时，式（9-10）中R3为负,即R3是负电阻，图(c)就可以实现旋转器的功能。R1R2R3图(c) T形电阻网络的旋转器根据以上原

4、理，为了实现旋转角15-85度（顺时针）的旋转器，电路中个参数应为R1=R2，R3应该有不同的值，而R3是负电阻，因此需要设计出一个负电阻。根据教材电路第99页，一个运算放大器、三个电阻和一个电压源即可设计成负电阻，原理图如下：由欧姆定律及运算放大器的虚短特性可知，输入电阻（负电阻）为，当R1=R2时，负电阻即为-R3，负电阻电阻电路如下图所示 E很小，与理论值相符，因此负电阻是可靠的。一、 测量并计算线性元件做负载时旋转前后的伏安特性“角度”1、实验电路图要做一个旋转角度为-45度的旋转器，定标系数R=1000， 电路图如下：2、实验数据： 3、旋转前后伏安特性曲线图：4、数据分析： （1）

5、在本实验中R3、R4、R5取得都是近似值，所以对实验结果产生了一定的影响，造成一定的误差。 （2） 由于E很小，所以实验测出的旋转角度与理论值基本一致，说明当线性元件做负载时，旋转器的旋转角度是可靠的。 二、 测量并计算线性元件做负载时旋转前后的伏安特性“角度”1、实验电路图要做一个旋转角度为-45度的旋转器，定标系数R=1000 所以电路图如下：2、实验数据： 3、旋转前后伏安特性曲线图： 4、数据分析： （1）本实验要做一个旋转反时针为-45度角的旋转器，观察实验数据发现，输入电压越大时旋转角越接近45度。 （2）与线性元件做负载是相同，在本实验中R3、R4、R5取得都是近似值，所以对实验结果也产生了一定的影响，造成一定的误差。 （3）根据旋转前后的伏安特性曲线可以看出，负载为二极管时的伏安特性曲线基本为直线。二极管在电路中一端与输入电压正极相连，另一端与地相连，二极管具有单向性，由电路图可看出，此二极管的状态为导通，在电路中可能被等效为一个纯电阻，因此伏安特性曲线基本为直线。总结在本实验中，我学习了Multisim仿真软件的使用，截图工具的运用，在用软件进行仿真中遇到了一些问题，书写论文是也遇到了麻烦，例如公式的书写等，但也都一一克服，这离不开老师的指导与纠正，还有同学们