电工电子综合试验报告

本文格式为Word版，下载可任意编辑——电工电子综合试验报告电工电子综合试验报告——负阻抗变换器和回转器的设计

一、摘要

本文提出了利用运算放大器实现：

（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言

1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。而它在线性工作区的两个特性：“虚短〞及“虚短〞使得它有了广泛的应用。如比例器、加法器、减法器、积分器等。本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。2、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。它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。

3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转〞成另一端口电流（或电压）的能力。它的一个重要用途就是将电容“回转〞成电感，或反之。三、正文

（一）试验材料与设备装置

本试验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。（二）试验过程

1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图1—1）

图1—1INIC电路

INIC的端口特性可用T参数描述为：U110U2，其中10=T=

I10-1/kI20-1/k当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

⑵电压反向型负阻抗变换器（VINC）（图1—2）

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图1—2VNIC电路

VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1-k0U2，其中-k0=T=I101I201当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。总结：利用NIC电路可实现负电阻、负电容及负电感。

⑶试验电路INIC的开路稳定（OCS）及短路稳定（SCS）性的研究①OCS研究：改变OCS端口的阻值，观测T矩阵中参数k的变化状况。试验线路参见图

1—3—1a。其中SCS端口接入7V直流电源，元件R1=1000欧，R2=2000欧，R3为可调。则K理论值为0.5。

图1—3—1a电流反相型阻抗变换器试验电路a（INIC）

表1—3—1a

R3OCS端口接入小电阻临界状况OCS端口接入大电阻505001000100110501600.01800.02000.02200.02400.0U/V7.0007.0007.0007.0007.0007.0007.0007.0007.0007.000I0.028A0.028A0.028A-0.014A-0.013A-8.753mA-7.780mA-7.002mA-6.365mA-5.835mAR=U/I-500-538.4-799.7-899.7-999.7-1099.7-1199.6K=-R/R30.49980.49980.49980.49990.4998第2页共8页

从表中数据我们不难发现当OCS端口接入的电阻值小于1000欧时，电路并不满足上面推导的T矩阵关系式，而接入大于1000欧的电阻时，电路趋于稳定，而试验测得的参数k=0.4998的误差为0.4‰，这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。即OCS端口只允许接高阻抗负载，即满足开路稳定。②SCS研究：改变SCS端口的阻值，观测T矩阵中参数k的变化状况。试验线路参见图1

—3—1b。其中SCS端口接入7V直流电源，元件R1=1000欧，R2=2000欧，R3=3000欧,R4可调。则K理论值为0.5。

图1—3—1b电流反相型阻抗变换器试验电路b（INIC）

表1—3—1bR4SCS端口接入小电阻临界状况SCS端口接入大电阻103050709066766880010001200U/V7.0477.1437.2417.3427.44612.593-4.213-5.443-6.997-8.296I-4.699mA-4.763mA-4.828mA-4.897mA-4.966mA-8.397mA0.017A0.016A0.014A0.013AR=U/I-1499.7-1499.7-1499.8-1499.3-1499.4-1499.7-247.8K=-R/R30.49990.49990.49990.49980.4998从表中数据我们不难发现当SCS端口接入的电阻值大于667欧时，电路并不满足上面推导的T矩阵关系式，而接入小于667欧的电阻时，电路趋于稳定，而试验测得的参数k=0.49986的误差为0.28‰，这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。即SCS端口只允许接低阻抗负载，即满足短路稳定。

⑷试验电路VNIC的开路稳定（OCS）及短路稳定（SCS）性的研究

①OCS研究：改变OCS端口的阻值，观测T矩阵中参数k的变化状况。试验线路参见图1—4—1a。其中OCS端口接入8V直流电源，元件R1=1欧，R2=0.5欧，R3为可调。则K理论值为2。

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图1—4—1a电压反相型阻抗变换器试验电路a（VNIC）

表1—4—1aR3临界状况OCS端口接入大电阻1n1u1000.01200.01400.01600.01800.0U/V8.0008.0008.0008.0008.0008.0008.000I14.500GA-4.004MA-4.000mA-3.332mA-2.858mA-2.503mA-2.222mAR=U/I1.9980u-2000.0-2401.0-2799.2-3196.2-3600.4K=-R/R32.00002.00081.99941.99762.0002经过屡屡试验，我发现当OCS端口接入的电阻值小于1u欧时，电路才并不满足上面推导的T矩阵关系式，而接入大于1u欧的电阻时，电路趋于稳定，而试验测得的参数k=1.9996的误差为0.2‰，这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。对于这个电路，它对大电阻的要求并不高，只需大于1u欧的电阻的电阻就可。②SCS研究：改变SCS端口的阻值，观测T矩阵中参数k的变化状况。试验线路参见图1

—4—1b。其中SCS端口接入8V直流电源，元件R1=1欧，R2=0.5欧，R3=3000欧,R4可调。则K理论值为2。

图1—4—1b电压反相型阻抗变换器试验电路b（VNIC）

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表1—4—1bR4SCS端口接入小电阻10.030.050.070.090.0临界状况接入大电阻2630.02636.02637.04000.0U/V8.0138.0408.0678.0948.12114.05614.060-5.563-8.516I-1.336mA-1.341mA-1.345mA-1.350mA-1.354mA-2.316mA-2.315mA5.149mA4.418mAR=U/I-5997.8-5995.6-5997.8-5995.6-5997.8-6069.1-6073.4-1080.4-1927.6K=-R/R31.99931.99851.99931.99851.9993从表中数据我们不难发现当SCS端口接入的电阻值大于2637欧时，电路并不满足上面推导的T矩阵关系式，而接入小于2637欧的电阻时，电路趋于稳定，而试验测得的参数k=1.99898的误差为0.5‰，这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。即SCS端口只允许接低阻抗负载，即满足短路稳定。

总结以上四组数据可知，用集成运放组成的NI