负阻抗变换器和回转器1

本文格式为Word版，下载可任意编辑——负阻抗变换器和回转器1负阻抗变换器和回转器设计

运算放大器的应用

摘要抗变换器和回转器是两个具有实用意义的器件。本文从理论和仿

真分析两方面研究负阻抗变换器的性能并得到一些实用的结论。并且对负阻抗进行了详细的分类探讨，从不同角度分析了负阻抗变换器的实现。进而探讨如何用两个负阻抗变换器实现回转器，以及探讨回转器在实现模拟电感上的应用。

关键词运算放大器；复阻抗变换器；回转器；模拟电感；

姓名：赖森锋学号：0804210127

引言

近代电路理论和电工电子技术的发展，在实践中又研究了大量种新型元件，例如负阻抗变换器(negative-impedanceconvertor，NIC)和回转器，负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。负阻抗变换器（NIC）一般由一个有源双口网络形成一个等值的线性负阻抗。该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成。负阻抗变换器可分为电流反相型（INIC）和电压反相型(VNIC)。通过此次研究与设计，了解负阻抗变换器的原理及其运算放大器的实现，加深对负电阻(阻抗)特性的认识。同时研究INIC和VNIC接法的开路稳定性及短路稳定性。它们不但在理论上，而且在实践上都有很重要的意义。负阻抗变换器能够起逆变阻抗的作用，即具有把一个正阻抗变为负阻抗的才干，分电流反向型和电压反向型。

回转器能回转阻抗的特性，广泛用于大规模集成电路。由于在一个微小的单晶片上制造尺寸小且无损耗的电感元件十分困难，但电容元件却易于制作，利用回转器将电容元件回转为电感元件，即能实现上述要求。本文首先研究了负阻抗变换器的一些基本性质，然后介绍如何利用负阻抗变换器实现回转器，进而指出其应用。

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正文

一．负阻抗变换器的电路理论

工程中常有一些非线性元件在一定的工作区域浮现负阻抗的特性（如隧道二极管等），可以利用运算放大器二端口网络可以形成一个等效的线性负阻抗，而这种由有源元件组成的网络称作负阻抗变换器。

依照有源网络的结构特点，即输入电压、电流与输出电压、电流的关系，负阻抗变换器寻常可以形成两种类型，分别叫做电流反向型负阻抗变换器（INIC）（如图1所示）和电压反向型负阻抗变换器（VNIC）（如图2所示）。图1图2

1.对于INIC,做出如下分析

1）INIC参数推导有运算放大器“虚短〞，“虚断〞特性，分析易得：

U1=U2，I3R1=I4R2，I1=I3和I2=I4，因此，得I1R1=I2R2

式中，K=R2/R1为电流增益。

2

因此，易得

由上式可见，输出电压与输入电压一致，但实际输出电流-I2不仅大小与输入电流I1不同(为I1的1/K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它的参考方向相反(即和I2的参考方向一致)。

输入端口1—1’看入的阻抗为

仿真电路为下图，为图3

2）INIC的OCS与SCS特性研究

取电压3V，R1=R2=1kΩ，Z1=1Ω，改变Z2，测得的数据如表一：Z2（kΩ）10U2（V）3.00153.002-0.6040.604-513.004-3.0083.007-10.83.005-3.7603.759-0.80.53.007-6.0186.017-0.50.23.016-1515-0.20.1-1.90924-190.125T参数矩阵

I1（mA）-0.304I2（mA）0.303Zin=U1/I1-10（kΩ）

由表1分析得，当运放的输出端负载很小时，电压电流均不稳定，不满足T参

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数矩阵，而负载较大时，电压电流稳定，Zin与Z2满足基本关系式，满足T参数矩阵，这满足负阻抗变换器的开路稳定（OCS）。

取电压3V，R1=R2=1kΩ，Z2=1kΩ，改变Z1，测得的数据如表二：Z1（Ω）U1（V）U2（V）I1（mA）I2（mA）Zin=U1/I1（kΩ）

由表2分析得，当运放的输入端负载很大时，电压电流不稳定，不满足T参数矩阵，而负载较小时，电压电流稳定，Zin与Z2满足基本关系式，满足T参数矩阵，这满足负阻抗变换器的短路稳定（SCS）。2.对于VNIC，有电路如图4：

13.0033.003-3.0053.007-1103.0303.031-3.0323.034-11003.3343.335-3.3363.338-15006.0026.003-6.0046.009-1800-7.664-10.49513-11-0.61000-8.996-10.49512-11-0.91)VNIC参数推导

由运算放大器“虚短〞，“虚断〞特性，分析易得

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，

又由于：

，可得即

因此，整理得：

T参数矩阵

由上式可见，输出电流-I2与输入电流I1一致，但输出电压U2不

仅大小与输入电压U1不同(为U1的1/K倍)而且方向也相反。若在NIC的输出端口2—2’接上负载ZL，则有U2=-I2ZL。

输入端口1—1’看入的阻抗为

2）VNIC的OCS与SCS特性研究

取电压3V，R1=1kΩ，R2=4kΩ，Z1=1Ω，改变Z2，测得的数据如表一：Z2（kΩ）U2（V）I1（mA）I2（mA）Zin=U1/I1（Ω）

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10-12.010-1.2131.212-24705-12.015-2.4152.415-2421-12.054-1212-