电工 负阻抗变换和回转器的研究

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1、有关负抗阻变换器和回转器的研究（一）负阻抗变换器1.实验目的1.了解负阻抗变换器（NIC）的原理.1.通过实验研究NIC的性能，并应用NIC性能作为负内阻电源研究其输出特性，还将这负电阻应用到RLC串联电路中,从中观察到除过阻尼、临界阻尼、负阻尼外的无阻尼等幅振荡和总电阻小于零的负阻尼发散震荡.2.总体设计方案1.负阻抗变换器的原理负转换器是一种二端口网络，通常，把一端口处的U1和I1称为输入电压和输入电流，而把另一端口处的U2和-I2称为输出电压和输出电流。U1、I1和U2、I2的指定参考方向如下图中所示。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

2、向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种，电路图分别如下图的（a）（b）所示：图中U1和I1称为输入电压和输入电流,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1-1、1-2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(INIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于INIC，有U1=U2；I1=()（）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

3、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=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INIC，从输入端口看入的阻抗为对于VNIC，从输入端口看入的阻抗为若倒过来，把负载ZL接在输入端口，则有U1=-I1ZL，从输出端口看入，对于CNIC，有对于VNIC，有综上所述，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。1.

4、实验电路图1.测定负阻抗变换器的伏安特性。仿真电路图(为方便起见，由仿真于芯片不上电亦可，图中芯片未加电源)2.由负阻抗变换器可以构成一个具有负内阻的电压源仿真电路图3.在传统实验研究R、L、C串联电路的方波响应时，由于实际电感元件本身存在直流电阻r,因此响应只能观察到过阻尼（R>>0），临界阻尼（R=>0）及欠阻尼（0

5、验箱一台2.集成运算放大器实验插板一块3.直流稳压电源一台4.ua741芯片一片5.示波器一台2.理论分析或仿真分析结果测定负阻抗变换器的伏安特性.仿真所得理论值：R3/Ω300500700900110013001500170019002000U/V3333333333I/mA-10.0-6.002-4.288-3.335-2.728-2.309-2.001-1.766-1.580-1.501R理/Ω-300-500-700-900-1100-1300-1500-1700-1900-2000由负阻抗变换器可以构成一个具有负内阻的电压源仿真所得理论值：R4/Ω5006007008

6、0010001500200030005000U/V3.7533.6013.5013.4303.3353.2163.1393.1053.062I/mA7.5046.0035.0034.2883.3352.1441.5801.0350.613实验3仿真所得理论值本实验中L=10mH，C=10nF则=2kΩ。当R4=10kΩ,R3=3kΩ，回路总电阻R=R4-R3>2kΩ,出现过阻尼现象，波形如下图1所示；当R4=3.5kΩ，R3=3kΩ时，回路总电阻R=R4-R3<2kΩ，出现欠阻尼现象，波形如下图2所示；当R3=R4=3kΩ时，回路总电阻R=R4-R3=0，无阻尼等幅振荡，波形如

7、下图3所示；当R4=2kΩ，R3=3kΩ时，回路总电阻R=R4-R3<0，出现负阻尼发散震荡，波形如下图4所示。图1图2图3图41.详细实验步骤及实验结果数据记录测定负阻抗变换器的伏安特性.R3/Ω300500700900110013001500170019002000U/V3333333333I/mA-10.0-6.002-4.288-3.335-2.728-2.309-2.001-1.766-1.580-1.501R测/Ω-300-500-700-900-1100-1300-1500-1