运算放大器电路——旋转器

1、精选优质文档-倾情为你奉上 电工电子综合实验运算放大器电路应用 负阻抗变换器和旋转器设计学院 电光学院班级 学号 姓名 2012年4月13日 运算放大器电路应用旋转器设计摘要：用运算放大器设计一个旋转角=-30°（顺时针），定标系数R=1k旋转器电路。并使用multisim软件实现对其的仿真。关键字：运算放大器 旋转器 负电阻 Multisim10 Excel引言：旋转器可以将线性或非线性元件在u-i平面上旋转一个角度，产生新的电路元件。通过线性和非线性元件做负载，验证旋转角度。正文：实验原理：旋转器电路原理简述如下：旋转器符号： 图a可以将线性或非线性元件在ui平面旋转一个角度，产

2、生新的电路元件。旋转器“旋转”前后图b：图b若将一个具有图b中A的ui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。曲线B是曲线A反时针旋转了角。设曲线A上任意一点P(u，i),离远点距离为r，则有u=rcos1 i=rsin1 (1)点P逆时针旋转了角后到Q点，坐标（u1 , i1 ）为u1rcos(+)=rcos cosrsin sin；（2） i1 =rsin(+)=rcos sinrsin cos；（3） 将式（1）代入式（2），得：u1=ucosisin （4） 将式（1）代入式（3），得：i1=usinicos （5） 式（4）中，cos

3、无量纲，sin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=ucosiRsin (6) 同样，式（5）中cos无量纲，sin是电导的量纲，要除一个定标系数R。因而式（5）成为：i1=usin/Ricos (7) 在图a中，定义i=i2，u=u2，因此有参数方程：u1=u2cosi2Rsin，i1=u2sin/Ri2cos （8） 即用T形电阻网络的旋转器来实现，对应 参数的3个电阻是：， （9）因此 有 (10) 式（10）中,R为定标系数。由于定义了逆时针为正，对于旋转顺时针即为:角,故在顺时针旋转时，式（10）中R3

4、为负,即R3是负电阻，图(c)就可以实现旋转器的功能。R1R2R3图（c）根据以上原理，我们与实现一旋转角为-15-85度（顺时针）的旋转器，对于不同的角度，电路中个参数应为R1=R2，R3应该有不同的值，但正如我们所知的那样，现如今的实验室并没有负电阻的存在，因此我们需要设计出负电阻。电路P99可知，只需用一个运算放大器，对其设定特定参数即可达到目标，其原理如下：（虚线部分所示） i i3+ ui - i1 i2由虚断，得i=i3,i2=i1=ui/R1 。虚短特性知：i1=ui/R1，i3R3 +i2R2=0,故i3=-uiR2/R1R3，输入电阻为Ri=ui/i=-R1R3/R2。该运算

5、放大器构成的电路实现了负电阻。实验内容:1， 负阻抗变换器改变V1值，测量负电阻值，观察实际结果与理论值是否相符 VI/v567891011121314I/mA-2.504-3.005-3.505-4.004-4.505-5,004-5.503-6.006-6.506-7.005R3/k-1.997-1.997-1.997-1.998-1.998-1.998-1.999-1,998-1.998-1.999E=|21.998/2|=0.10. E值很小，所以可得出所测负电阻值接近于理论值。2，旋转器（1）使用1k的电阻作为负载，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角度，验证

6、旋转器功能。（2）将线性电阻改为非线性元件二极管，重复（1）步骤，验证实验。结果讨论与总结：根据实验数据得出，本实验满足了最初的要求，R=1,旋转角达到了-30度。在实验中，各元件参数的选取对实验结果很重要，如电阻值的选取。在做非线性元件实验时，U的取值也很重要，我最初没有考虑到二极管的特性（电压到达一定值时，电压变化很小，而电流变化很大，可近似看做一条导线），取值较大，结果所做的图形没有达到预期效果。二极管的曲线只是呈现了一条直线，于是又重新选取U的值，完成了实验。在实验数据中发现，在一定的范围内，所选取的电压越大，实验结果越接近理论值。整个实验中，运用了multisim, word，excel软件，由于操作不熟练，耗费了较多时间致谢