仿真实验五 回转器的研究一、 实验目的：1、 了解回转器的基本电特性及其运算放大器实现办法2、 掌握回转器参数的测试方法并了解其应用二、 实验原理：理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，如下图所示为回转器的电路模型：作为理想的二端口网络，其端口电流、电压关系可表示为：或写为：其中，具有电导量纲，称为回转电导；具有电阻量纲，称为回转电阻，他们均为常数，亦称为回转常数，且用矩阵形式表示上面的方程，写为因为，所以理想回转器是非互易的，不满足互易定理根据理想回转器的端口方程，可作出用受控源表示回转器的电路模型，由上述方程可计算理想回转器的总功率为：上式说明，理想回转器既不消耗功率也不发出功率，因此它是一个无源线性元件同时由上述方程又可看出，回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质正是如此，可利用回转器将一个电容回转为一个电感，这为集成电路中对于电感元件难以集成的问题提供了一种解决办法，即用便于集成的电容代替电感如在上图的输出端接一负载阻抗则输入阻抗为：上式中，当（端口2开路），（端口1短路），当（端口2短路），（端口1开路）如故取，则，可见称回转器的这种性质为阻抗倒置性。
回转器了利用多种电路实现，如运算放大器、受控源等等，先使用运算放大器电路构成回转器，其设计电路如下图所示： 由上图电路进行理论计算： 根据上图中数据，所有电阻均为，则有： 可知，或 即当在输出端接入电容值为的电容时，输入端处相当于接入了大小为的电感三、 仿真实验内容步骤与分析：按照上述所示的电路图在ewb仿真软件中连接各元件，利用示波器观察输入端输入的电压与电流（电流通过一个小电阻的电压实现观测），（1） 在输出端接入一电容观察此时示波器波形实验结果如下图所示： 由上图示波器所显示的波形可见，此时回转器的输入端处的电流波形落后电压波形，即从输入端看，输入阻抗为一电感元件，可知该回转器实现了由电容到电感的转换 由于本实验电路中含有运算放大器，所以在设置电源参数时应注意不要把输入电压设置的过大，以防止运放进入非线性区工作，干扰实验结果2） 在回转器的输出端接入一电感，同时按上一步的方法观察输入端的电流电压波形，如下图所示： 可见此时，电流波形领先电压波形，即从输入端看，输入阻抗为一电容元件，可知该回转器实现了由电感到电容的转换。
由以上两步可基本验证该回转器具有阻抗倒置性四、 实验分析与小结本次的实验是一个自主设计性的实验，是十分贴近于工程实际，虽然所设计的电路前人早有模板，但是在实际的过程中还是会遇到很多的问题，比如试验中一开始示波器波形不稳定的问题，就是由于运算放大器的非线性工作区导致，如果使用受控源来完成这一电路，就不会出现这种情况仔细分析实验过程中的波形，可以发现得出的正弦波形也并不是十分完美，存在一点点的毛边，通过分析我们知道，这也是有运放所引起的，因为即使运放性区工作，其输入输出曲线也不是一条严格的直线，存在一定的弧度就实验步骤1所得数据进行分析：电阻上电压峰值约为：点流有效值为：则输入阻抗为： 等效电感为： 理论计算值为可见实验值与理论值几乎相等，很小的误差如上所述主要是由运算放大器引起本次设计实验使我综合运用所学知识的能力有了一定的提高，同时在设计电路的过程中，进一步的理解了回转器这一重要的电路元件以及它的电路实现办法在实验中我掌握了测量回转器基本参数的方法，了解了它的重要作用，即可以在电感和电容元件之间实现转换，帮助实现电感元件的集成本次的仿真实验对我有很大帮助。