负阻抗变换器和回转器的设计

负阻抗变换器和回转器的设计负阻抗变换器和回转器的设计班级：班级：1004210110042101 姓名：卞翔宇姓名：卞翔宇 学号：学号：10042101181004210118摘要：摘要：随着近代电路理论和电工电子技术的发展，在实践中又研究了许多种新型元件，负阻抗变换器（NIC）就是其中之一，它不但在理论上，而且在实践上都有很重要 的意义通过了解负阻抗变换器（NIC）和变换器，研究 NIC 的性能，利用其作为负内 阻电源性能设计回转器负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有 广泛的应用负阻的产生除某些非线性元件在某个电压或电流的范围内具有负阻特性 外，一般都由—个有源双口网络来形成—个等效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，这样的网络称作负阻抗变换器对一种由运算放大器电路构 成的我阻抗变换器（ＮＩＣ）做了较详细的研制，给出了该电路在开路、负载以及它 与电阻做串、并联联接时的各种直流特性的理论分析和实验结果，实验结果与理论分 析一致，最后给出了几种由ＮＩＣ构成的正弦振荡器电路，以及这种电路的调示特点 及方法关键词：关键词：复阻抗变换器 回转器 运算放大器 二端口网络引言：引言：预习运算放大器的工作原理； 预习用运算放大器构成负阻抗变换器的基本原理； 要求学生掌握示波器、信号发生器几相关仪器的使用。

回转器是理想回转器的简 称它是一种新型的双口元件，其特性表现为它能将一端口上的电压（或电流“回转” 为另一端口上的电流（或电压） 用回转器可以把一个电容回转成一个电感元件，同样 可以把一个电感回转成一个电容设计要求用运算放大器设计一个负阻抗变换器 （NIC）电路，研究电流反相型复阻抗变换器（INIC）和电压反相型复阻抗变换器 （VNIC）的特性，并用运算放大器设计一个回转器电路，测量其回转参数 g实负阻 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实验中应注意 1．信号发生器（ 电源）的输出，应由小到大调 节，不宜过大 否则，运算放大器不能正常工作，甚至损坏用示波器观测波形时，要考虑接地点的 选择 回转器的工作条件是 u1、i1 的波形必须是正弦波，为了避免运放进入饱和状态使波形 失真，必须减小输入信号电压的幅度，所以在实验过程中，应该用示波器监视回转器 输入端口的波形正文：正文：负阻抗模型按二端口网络输入电压，电流与输出电压和电流的关系，可分为电流反相型（INIC）和电压反相型（VNIC）复阻抗变换器两种通常，把端口 1—1’处 的 U1和 I1称为输入电压和输入电流，而把端口 2—2’处的 U2和-I2称为输出电压和输 出电流。

U1、I1和 U2、I2的指定参考方向如图 5—1 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(CNIC)和电压反向型 (VNIC)两种，对于 CNIC，有U1 =U2 I1=( )（）1K2I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-I2不仅大小与输入电流 I1不同(为 I1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它的参考 方向相反(即和 I2的参考方向相同)对于 VNIC，有U1= U2 I1 = 2K2I式中 K2是正的实常数，称为电压增益由上式可见，输出电流-I2与输入电流 I1 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 2—2’接上负载 ZL，则有 U2= -I2ZL对于 CNIC，从输入端口 1— 1’看入的阻抗为LinZKIKU IUZ121211 11对于 VNIC，从输入端口 1—1`看入的阻抗为LinZKIUKIUK IUZ2 22 2 22211 1若倒过来，把负载 ZL接在输入端口 1—1’，则有 U1=-I1ZL，从输出端口 2—2’看入， 对于 CNIC，有LinZKIUKIKU IUZ1 11111122 21对于 VNIC，有LinZKIKU IUK IUZ212111222 211  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。

NIC 可用受控源来实现，图 5—2（a）和（b）分别给出了实现 INIC 和 VNIC 的 原理图INICINIC 仿真图仿真图Z11=4 Z12=-4 Z21=2 Z22=-2VNICVNIC 仿真图仿真图Z11=360 Z12=445 Z21=180 Z22=223回转器有把一个端口上的电流“回转”为另一端口上的电压或相反过程的性质正是 由于这一性质，使回转器具有把一个电容（ 电感）回转为一个电感（ 电容）的本领 用电容元件来模拟电感器是回转器的主要应用之一，特别是模拟大电感量和低损耗的 电感器理想回转器视为二端口，端口电压、电流用方程表示u1＝-ri2 u2＝ri1 (16-11)或写为i1=gu2 i2＝-gu1 (16-12) 式中r、g分别有电阻和电导量纲称回转电阻和回转电导，简称回转常数如图回转器可计算的 g=-1/R5=0.001S-1下图为回转器设计电路仿真图根据改变 U1 电压所得数据得出下列表格两个波形图大致相同，模拟成功结论：结论：实负阻抗变换器（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。

加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻抗 电路分析研究方法运用电流反相型复阻抗变换器（INIC）和电压反相型复阻抗变换 器（VNIC）的设计电路了解负阻抗变换器的组成原理及其应用并证明了电流反相型复 阻抗变换器（INIC）和电压反相型复阻抗变换器（VNIC）的开路稳定（OCS）及短路稳 定（SCS）性熟练运用矩阵掌握负阻抗变换器的各种测试方法参考设计思考设计出 回转器电路了解回转器的基本特性及应用运用控制变量法学习测量回转器的基本参 数 g运用示波器的原理大致验证了回转器把电容能回转成电感的特性了解和掌握 负阻抗变换器的组成原理及其应用并通过实验具体观察实验现象 负阻抗转换器的 负载为电阻R时，从输入端看入，相当于一个负电阻（－R） 即当输入电流增大时， 其端口电压下降；反之，端口电压增大负阻抗转换器的负载为R与C串联连接的容 性负载，并在输入端并联电阻 R，则该电路的输入阻抗可等值为R与L串联的感性负 载，等值电感 C R^2 u1＝-ri2 u2＝ri1 (16-11) i1=gu2 i2＝-gu1 (16-12) 从式中可见，回转器有把一个端口电流“回转”为另一端口电压或相反过程的性质。

这一性质使回转器具有把电容回转为电感的本领，在微电子器件中为用易于集成的电 容实现难于集成的电感提供可能 感谢：感谢：感谢编著《电工仪表与电路实验技术》的马鑫金老师参考文献：《电工仪表与电路实验技术》。