旋转器设计研究

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1、专题三——旋转器设计姓名：何旭学号：1010190223班级：11101902一・实验目的：1.设计一旋转角0=-15~-85（顺时针）定标系数R=1KQ的旋转器2•分别用电阻及非线性元件（二极管）作负载，测量并计算旋转前后的伏安特性“角度”，察看是否“旋转”了设计的角度，并作“旋转”前后的伏安特性曲线图。二.实验原理及方法旋转器可以将线性或非线性元件在u-i平面上旋转一个角度，产生新的电路元件。旋转器电路原理简述如下：旋转器符号如图a所示，可以将线性或非线性元件在u-i平面内旋转一个角度，产生新的电路元件。旋转器“旋转”前后如图b所示。若将一个具有图b中A的u-i特性的非

2、线性电阻元件接在图一的端口，则在图一的U2端口得到图二中B的u-i特性曲线。从图二可见，曲线B是曲线A逆时针旋转了0角。（1）设曲线A上一点P的坐标（u,i），离原点距离为r,贝II有u=rcosa,i=rsina点P逆时针旋转了0角后到Q点，坐标（uljl）为ul=rcos(a+0)=rcosacos0—rsinasin9；(2)il=rsin(a+0)=rcosasin0+rsinacos0；(3)将式(1)代入式(2),得：ul=ucos9—isin0(4)将式(1)代入式(3),得:il=usin0+icos9(5)式（4）中，cosO无量纲，sin0是电阻的量纲，

3、因而要乘一个定标系数Ro定标系数R的大小取决于u-i曲线中电压和电流的单位，R=u/io式（4）成为：ul=ucos0—iRsin9（6）同样，式（5）中cosO无量纲，sine是电导的量纲，要除一个定标系数R。因而式（5）成为：il=usin9/R+icos9在图a中，定义i=-i2,u=u2,因此有参数方程:ul=u2cos（8）0+i2Rsin9,il=u2sin0/R—i2cos0即cos〃sin6^R-Rsin0「“m2cos&_il2用T形电阻网络的旋转器来实现，对应参数的3个电阻是:/?严街—I忌二码一1A2Al故有（10）式（10）中,R为定标系数。7?!

4、=Ry=—Rtan—=R2sin0由于定义了逆时针为正，对于旋转顺时针即为:一&角，故在顺时针旋转时，式（10）屮弘为负，即出是负电阻，图（c）就可以实现旋转器的功能。R2RiR3图（C）h由欧姆定律及运算放大器的虚短特性及KVL方程，可计算得到，沿U1端口往内看，其输入内阻为：==-.当然为了简便计算可以使R1与R2的值相同，那么负电阻便为-R3。负电阻电路如下图所示改变VI值，测量负电阻值，观察实际结果与理论值是否相符，VI依次取IV，2V,3V,4V,5V,6V,7V,8V,9V,10VVI/v12345678910I/mA-1.000-2.00-3.00-4.0-5

5、.0-6.0-6.9-7.9-8.96-9.8900000000110000R3/k-1.000-1.00-1.00-1.0-1.0-1.0-1.0-1.0-1.01-1.027Q0000000013137E=0.68%.由于E很小所以负电阻基本与理论值相符。因此，负电阻是可靠的。但是可以看出当负电阻两端电压增大时，会产生相应的误差，也许会对实验结果产生影响。二.实验线路：实验一：研究线性元件电阻的伏安特性曲线：由于实验要求的旋转角度范围-15度一-85度，根据以上公式可得131.6520

6、旋转角度为-30度，-50度，-70度时，验证旋转器功能。700207QS3U1-466.072uA2000实验二非线性负载:/3TGM700^070EKE血IlL—i匚i舞…]S3-466.072uAM700^070S[T)®®「〜]F=n/3TGXI匚设2..Z)+线路屮用二极管代替R4,针对每个角度各个电阻的参数值与线性元件电阻时的值相同。二.实验数据表格与计算:实验一：研究线性元件电阻的伏安特性曲线:1.旋转角度为一30。时实验所设参数：R5=R6=267.949Q,Rl=2000QzR2=R3=R4=1000实验数据:输入电压(V)输出电流(mA)输入电压(V)输

7、岀电流(mA)旋转前角度(度)旋转后角度(度)旋转角度(度)1.0000.2680.7300.73015.00245.000-29.9982.0000.5361.4641.46415.00345.000-29.9973.0000.8042.1942.196415.00245.000-29.9984.0001.0802.8172.81715.11045.000-29.8925.0001.3413.3573.35715.02845.009-29.9836.0001.6064.0874.08914.97145.154-3