负阻抗变换器实验教程ppt课件.ppt

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1、负阻抗变换器实验目的实验原理实验仪器实验步骤实验报告要求实验现象实验结果分析实验相关知识实验标准报告1实验目的学习和了解负阻抗变换器的特性和应用。研究如何用运算放大器构成负阻抗变换器。了解有源器件在线性范围内工作的条件。2实验原理负转换器是一种双口器件，共有两种类型：电流反向负转换器（INC）和电压反向负转换器（VNC）。电流反向负转换器，如图5.15.1（a）所示，其电压－电流关系为：图5.15.1（a）电流反向负转换器图5.15.1（b）电压反向负转换器3上式表明，流入与流出电流反向负转换器的电流方向相反，输入电压与输出电压极性相同。即电流反向负转换器能转换电流的方向并

2、保持电压的极性不变。同理，电压反向负转换器，如图5.15.1（b）所示，其电压－电流关系为：由上式可知，电压反向负转换器的特点是，转换输入电压的极性，而保持电流的方向不变。4负阻抗变换器是用一个运算放大器构成的电流反向型负阻抗变换器，电路图如图5.15.2虚线部分所示。图5.15.2负阻抗变换器5运算放大器输出端电压，再根据理想运算放大器，同相输入端“＋”和反相输入端“－”之间的“虚短”特性，可得，即；根据“虚断”特性，可得，。带入上式可得，根据负载Z1上的端电压和电流的参考方向，有，因此从输入端U1看入的输入阻抗。6因此，U2端的负载阻抗Z1通过负阻抗变换器，在U1端可等

3、效为负阻抗（－Z1），即从输入端的特性而言，上述端口相当于一个负阻抗元件。例如，当负载为电阻R，则从输入端看入，相当于一个负电阻（－R）。其电路伏安特性如图5.15.3所示。7图5.15.3负电阻的u－i特性8如果在图5.15.2所示具有负阻抗变换器的电路中，若负载Z1为R与C串联连接的容性负载，并在输入端并联电阻R，则该电路的输入阻抗可等值为R与L串联的感性负载，即：令所以，等值电感为：9同理，若负载为电阻R与电感L串联连接，并在输入端并联电阻R，则该电路的输入阻抗Zin可等值为电阻R与电容C串联的阻抗，等值电容。研究RLC串联电路的方波响应，由于实际电感元件本身存在直流

4、电阻，因此，响应类型只能观察到有阻尼的情况。图5.15.4是利用具有负电阻的方波电源作为激励，由于电源的负电阻可以和电感器的电阻相抵消，因此，响应类型还可以出现无阻尼等幅振荡和负阻尼发散振荡的情况。10图5.15.4RLC串联阶跃响应电路11经负阻抗转换器转换后，RS与R两个电阻一正一负，性质相反。因此，响应类型还可以出现无阻尼等幅振荡和负阻尼发散振荡的情况。RSR减幅振荡。12为了使得二阶瞬态重复，在示波器上得到稳定的波形，采用了方波输入的方法，因为功率函数发生器的接地端和示波器的接地端都已接在了插座的接地端上，在观察电容上的电压信号

5、时所以必须电容的一端接到功率函数发生器的负端，即接地端。若要观察电阻上的电压信号时，（它与电流信号的波形相同），则必须交换电容和电阻的位置，将电阻的一端接到功率函数发生器的负端。13实验仪器数字示波器1台功率函数发生器1台直流稳压电源1台可调电阻箱1只可调电容箱1只数字万用表1只直流毫安表1只交流毫伏表1只14数字示波器15功率函数发生器16直流稳压电源17可调电阻箱18可调电容箱19数字万用表20直流毫安表21交流毫伏表22实验步骤电源输出电压固定，改变负载，读电压、电流，计算负阻抗。按图5.15.2所示电路接线，电源电压固定为8V左右，R0为51Ω，负载Z1用电阻箱分别

6、取1kΩ、1.2KΩ、1.4KΩ、1.6KΩ、1.8KΩ、2KΩ。分别记录以上几种情况下的电压表读数u1、电流表读数i1。将实验数据填入表1中，算出等值负阻抗，并与理论值相比较。23Z1/Ω100012001400160018002000u1/Vi1/mA等效电阻理论值测量值/Ω24负载固定，改变输入电压u1，测取负阻抗，伏安特性曲线；按图5.15.2所示电路接线，R0为51Ω，负载Z1取1kΩ，在1V～8V范围内，改变电源电压。依次取5个工作点，分别记录以上几种情况下的电压表、电流表读数。将实验数据填入表1中。u1/Vi1/mA等效电阻/Ω理论值－1000测量值25阻抗逆

7、变作用的观察与测量。按图5.15.5所示电路接线，为采样电阻，阻值取1kΩ，R0为51Ω，正弦信号输入，频率大致取3kHz，幅值取7V～8V左右，电阻R取1kΩ，电容C取0.1µF。用双线示波器观察输入端的电压与电流的波形及相位关系。26实验报告对任务1～3，按要求列出数据表格，测量、记录并计算相应的量，作出特性曲线，记录观察的波形，并与理论值相比较。对任务4，记下三种情况下的电阻值，记录三种情况下的波形，并从理论上分析讨论。27实验现象负阻抗转换器的负载为电阻R时，从输入端看入，相当于一个负电阻（－R）。即当输入