仿真实验六_回转器的研究

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1、.仿真实验六回转器的研究一、实验目的1．了解回转器的基本特性及其运放实现。2．掌握回转器参数的测试方法，了解回转器的应用。二、实验原理回转器的概念是B.D.H.Tellegen于1948年提出的。六十年代由L.P.Huelsman及B.A.Sheei等人用运算放大器及晶体管电路实现。回转器是一种二端口器件，其电路符号如图6—1所示。它的电流与电压的关系为I1=gU2I2=-gU1或写成U1=-rI2U2=rI1图6—1式中g和r=分别称为回转电导和回转电阻，简称回转常数。用矩阵形式可表示为或　　若在回转器2—2′端口接以负载阻抗ZL，则在1—1′端口看入的输入阻抗为如果负载阻抗ZL在1—1

2、′端口，则从2—2′端口看入的等效阻抗为...由上可见，回转器的一个端口的阻抗是另一端口的阻抗的倒数(乘上一定比例常数)，且与方向无关(即具有双向性质)。利用这种性质，回转器可以把一个电容元件“回转”成一个电感元件或反之。例如在2—2′端口接入电容C，在正弦稳态条件下,即，则在1－1′端口看入的等效阻抗为式中：　为1—1′端口看入的等效电感。同样，在1—1′端接电容Ｃ，在正弦稳态条件下，从2—2′看进去的输入阻抗Ｚin2为式中：Ｌeg＝r2C。可见回转器具有双向特性。回转器具有的这种能方便地把电容“回转”成电感的性质在大规模集成电路生产中得到重要的应用。　　回转器是一个无源元件。这可以证明

3、如下，按回转器的定义公式，有上式说明回转器既不发出功率又不消耗功率。　　一般说来，线性定常无源双口网络满足互易定理，而回转器虽然也是属于线性定常无源网络，但并不满足互易定理。这一点可以简单论证如下。参照图6—1,如果在1—1′端口送入电流I1=1安，则在2—2′端口开路时，有I2=0,而U2=r伏。反之，在2—2′端口送入电流安，在1—1′端口的开路电压伏。可见，即不满足互易定理。回转器可以用多种方法来构成。现介绍一种基本构成方法。把回转器的导纳矩阵分解为这样就可以用两个极性相反的电压控制电流源构成回转器，如图6—2所示。图6—2...其中：Z1=Zd=R1=1KΩ、Z2=Z3=Zc=R2

4、=100Ω、Z4=Za=R3=2KΩ、Zb=R4=300Ω图6—3本实验使用的回转器由两个运算放大器组成，如图6—3所示。假设：1．运算放大器是理想运算放大器，即：输入阻抗Zi→∞,流入两个输入端的电流为零，电压放大倍数A→∞，两个输入端的电压相等(虚短路)。2．回转器的输入幅度不超过允许值，以保证运算放大器在线性区工作。根据以上假设，则图6—3中有：容易推导图6—3二端口网络的电压、电流矩阵方程如下：已知回转器的电压、电流矩阵方程为比较以上两个矩阵方程，应有=0=0=g...=-g现选定：Z1=Zd=R1=1KΩ、Z2=Z3=Zc=R2=100Ω、Z4=Za=R3=2KΩ、Zb=R4=3

5、00Ω；则回转电导为或回转阻为三、仿真实验设计与测试1、接电容负载，如图6—4所示，通过观测输入端电压电流波形，如图6—5所示，可以看出为电压超前电流90度，说明回转器将电容转换为电感。图6—4...图6—5注意：输入信号（电压）幅值要小于2V，使理想运放工作在线性工作区，这样才可保证回转器正常工作。2、当负载接一电感时，通过观测输入端电压、电流波形，可以看出为电流超前电压90度，说明回转器将电感转换为电容。如图6—6、6—7所示，图6—6...图6—73、利用回转器构成一RLC串联谐振电路，如图6—8所示。计算得谐振频率为搭建的仿真电路如图6—8所示，通过观测输入端电压、电流波形，如图6

6、—9，可以看出电流与电压同相。图6—8...图6—9四、对比分析与结论..