运算放大器电路应用(一)xym

《运算放大器电路应用(一)xym》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、运算放大器电路应用（一）——负阻抗变换器和回转器的设计通信工程专业0904220xxxxxx摘要负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的运用。负阻抗一般都由一个有源二端网络来形成一个等值的线性负阻抗。回转器是一种有源非互易的新型二端口网络元件。本实验用运算放大器设计了一个负阻抗变换器（NIC）电路，并用T参数研究其端口关系，推导电流反相型负阻抗变换器（INIC）和电压反相型负阻抗变换器（VNIC）的不同矩阵关系式。研究INIC和VNIC的开路稳定（OCS）及短路稳定（SCS）性。用

2、运算放大器设计一个回转器电路，测量回转参数g，并将负载电容“回转”成一个电感量为0.1~1H的模拟纯电感。关键词负阻抗变换器运算放大器　稳定性回转器回转参数一、设计原理1、负阻抗变换器（1）、NIC简介　　负阻抗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）负阻抗变换器两种。在理想情况下，其电压，电流关系如下：对于INIC型：。对于VNIC型：。12由此易得INIC和VNIC端口的T参数分别为：、。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，

3、把负载ZL接在输入端口，则有U1=-I1ZL，从输出端口看入，对于INIC，有对于VNIC，有综上所述，负阻抗变换器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。（2）、用运算放大器实现NIC的原理电路A、INIC：设运算放大器是理想的，由于它的非倒相输入端（“+”）和倒相输入（“—”）之间为虚短路，输入阻抗为无限大，故有：U1=U2运算放大器输出端电压U0=U1-I3R=U2-I4R所以I3=I4但因I1=I3，I2=I4故I1=I2又由负载端电压和电流的参考方向，有：I2=-U2/ZL因此，整个电路的激励端的

4、输入阻抗Zi为Zi=U1/I1=U2/I2=-ZL12B、VNIC：根据上述原理可推导得U2=-U1I1=-I2因此，整个电路的激励端的输入阻抗Zi为Zi=U1/I1=-U2/-I2=-ZL综上可知，输入阻抗为负载阻抗的负值，满足负阻抗变换器条件。因此，U1端的负载阻抗ZL通过负阻抗变换器，在U1端可等效为负阻抗(-ZL)，即从输入端的特性而言，上述端口相当于一个负阻抗元件。当负载为电阻R，则从输入端看入，相当于一个负电阻（-R）；当负载为电感ZL=jwL时，则从输入端看入，相当于一个电容Zi=-ZL=1/jwC；当负载为电容ZL=1

5、/jwC时，则从输入端看入，相当于一个电感Zi=-ZL=jwL。因此负阻抗变换器还可以实现容性阻抗和感性阻抗的互换。2、回转器（1）、回转器原理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。　理想回转器的导纳方程：12也可写成电阻方程：式中g和R分别称为回转电导和回转电阻，统称为回转常数。（2）、基于回转器的设计和应用回转器可以由晶体管或运算放大器等有源

6、器件构成，上图使用两个运算放大器来实现的回转器电路。根据运算放大器的输入端“虚断”，可列出各节点电压方程：（1/R+1/R）Ua–(1/R)Ub=I1（1/R+1/R）Uc–(1/R)Ub–(1/R)Ud=0（1/R+1/R）Uf–(1/R)Ue=0（1/R+1/R）U2–(1/R)Uc–(1/R)Ue=I2又因为Ua=Uc=U1,Ud=Uf=U2所以解得U1=-RI2，U2=RI1又因为I1=U2/R所以g=1/R若2-2'端接有C后，从1-1'端看进去的导纳Yi为，式中为等效电感。因此，若在2-2'端接一电容负载，则从1-1'端看

7、进去就相当于一个电感，即回转器能把一个电容元件“回转”成一个电感元件；相反也可以把一个电感元件“回转”成一个电容元件，所以也称为阻抗逆变器。12一、实验仿真1、NIC的仿真(1)、求取端口阻抗以ZL=RL为例，通过仿真，所得数据填入以下表格：RL/Ω100500800100012001500200025003000U1/V1.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.0001.000I1/mA-9.974-1.995-0.124-0.997-0.831-0.663-0.498-0.399-0.332Ri/Ω

8、(测)-100.3-501-806-1003-1203-1508-2008-2506-3012Ri/Ω(理)-100-500-800-1000-1200-1500-2000-2500-3000误差0.3%0.2%0.8%