电工电子综合实验报告负阻抗变换器和回转器Word格式文档下载.docx
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U110U2,其中10
=T=
I10-1/kI20-1/k
当有负载Zl时,11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2,即为Z=-kZ2.
即若22’接电阻R时,端口阻抗为-kR;
接电感时,端口阻抗为-kL;
接电容时,端口阻抗为-kC。
⑵电压反向型负阻抗变换器(VINC)(图1—2)
图1—2VNIC电路
VNIC的端口特性可用T参数描述为:
U1-k0U2,其中-k0
I101I201
总结:
利用NIC电路可实现负电阻、负电容及负电感。
⑶实验电路INIC的开路稳定(OCS)及短路稳定(SCS)性的研究
1OCS研究:
改变OCS端口的阻值,观察T矩阵中参数k的变化情况。
实验线路参见图1—3—1a。
其中SCS端口接入7V直流电源,元件R1=1000欧,R2=2000欧,R3为可调。
则K理论值为0.5。
图1—3—1a电流反相型阻抗变换器实验电路a(INIC)
表1—3—1a
R3
U/V
I
R=U/I
K=-R/R3
OCS端口接入小电阻
临界状况
50
7.000
0.028A
500
1000
1001
-0.014A
-500
1050
-0.013A
-538.4
OCS端口接入大电阻
1600.0
-8.753mA
-799.7
0.4998
1800.0
-7.780mA
-899.7
2000.0
-7.002mA
-999.7
2200.0
-6.365mA
-1099.7
0.4999
2400.0
-5.835mA
-1199.6
从表中数据我们不难发现当OCS端口接入的电阻值小于1000欧时,电路并不满足上面推导的T矩阵关系式,而接入大于1000欧的电阻时,电路趋于稳定,而实验测得的参数k=0.4998的误差为0.4‰,这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。
即OCS端口只允许接高阻抗负载,即满足开路稳定。
2SCS研究:
改变SCS端口的阻值,观察T矩阵中参数k的变化情况。
实验线路参见图1—3—1b。
其中SCS端口接入7V直流电源,元件R1=1000欧,R2=2000欧,R3=3000欧,R4可调。
图1—3—1b电流反相型阻抗变换器实验电路b(INIC)
表1—3—1b
R4
SCS端口接入小电阻
10
7.047
-4.699mA
-1499.7
0.4999
30
7.143
-4.763mA
7.241
-4.828mA
-1499.8
70
7.342
-4.897mA
-1499.3
90
7.446
-4.966mA
-1499.4
SCS端口接入大电阻
667
12.593
-8.397mA
668
-4.213
0.017A
-247.8
800
-5.443
0.016A
-6.997
0.014A
1200
-8.296
0.013A
从表中数据我们不难发现当SCS端口接入的电阻值大于667欧时,电路并不满足上面推导的T矩阵关系式,而接入小于667欧的电阻时,电路趋于稳定,而实验测得的参数k=0.49986的误差为0.28‰,这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。
即SCS端口只允许接低阻抗负载,即满足短路稳定。
⑷实验电路VNIC的开路稳定(OCS)及短路稳定(SCS)性的研究
①OCS研究:
实验线路参见图1—4—1a。
其中OCS端口接入8V直流电源,元件R1=1欧,R2=0.5欧,R3为可调。
则K理论值为2。
图1—4—1a电压反相型阻抗变换器实验电路a(VNIC)
表1—4—1a
1n
8.000
14.500GA
1u
-4.004MA
1.9980u
1000.0
-4.000mA
-2000.0
2.0000
1200.0
-3.332mA
-2401.0
2.0008
1400.0
-2.858mA
-2799.2
1.9994
-2.503mA
-3196.2
1.9976
-2.222mA
-3600.4
2.0002
经过多次实验,我发现当OCS端口接入的电阻值小于1u欧时,电路才并不满足上面推导的T矩阵关系式,而接入大于1u欧的电阻时,电路趋于稳定,而实验测得的参数k=1.9996的误差为0.2‰,这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。
对于这个电路,它对大电阻的要求并不高,只需大于1u欧的电阻的电阻就可。
实验线路参见图1—4—1b。
其中SCS端口接入8V直流电源,元件R1=1欧,R2=0.5欧,R3=3000欧,R4可调。
图1—4—1b电压反相型阻抗变换器实验电路b(VNIC)
表1—4—1b
10.0
8.013
-1.336mA
-5997.8
1.9993
30.0
8.040
-1.341mA
-5995.6
1.9985
50.0
8.067
-1.345mA
70.0
8.094
-1.350mA
90.0
8.121
-1.354mA
接入大电阻
2630.0
14.056
-2.316mA
-6069.1
2636.0
14.060
-2.315mA
-6073.4
2637.0
-5.563
5.149mA
-1080.4
4000.0
-8.516
4.418mA
-1927.6
从表中数据我们不难发现当SCS端口接入的电阻值大于2637欧时,电路并不满足上面推导的T矩阵关系式,而接入小于2637欧的电阻时,电路趋于稳定,而实验测得的参数k=1.99898的误差为0.5‰,这说明该电路能很好的满足T矩阵关系式。
总结以上四组数据可知,用集成运放组成的NIC,为稳定工作,必须保证运放的负反馈强于正反馈。
OCS正是只容许接高阻抗负载的端口,为开路稳定端;
SCS正是只容许接低阻抗负载的端口,为短路稳定端。
2、用运放设计一个回转器电路
⑴设计如图2—1的回转器
图2—1回转器电路
参数见图示。
回转器电压电流关系式的推导过程如下:
其中g=1/R.很显然,此方程为回转器(与图2—1相比,回转方向变为向左了)的伏安方程,故此电路为一回转器。
⑵测量回转参数g,电路如图2—2。
元件参数为:
电阻R1-R7和R9全取1000欧,电源电压3V,频率1000赫兹,R8为可调电阻。
则理论值g=1/R8=0.001。
图2—2回转器参数测量电路
表2-2
R8
U1/V
I1/mA
U2/V
I2/mA
g1=I1/U2
g2=I2/U1
g’=(g1+g2)2
g
100
2.725
0.275
0.272
0.001
200
2.498
0.502
0.500
300
2.306
0.694
0.692
400
2.142
0.858
0.856
2.141
1.999
1.001
0.999
1.998
600
1.874
1.126
1.124
1.873
700
1.764
1.236
1.234
1.763
1.666
1.334
1.332
1.665
显然,g实验值与理论值十分吻合。
⑶将电容回转成一模拟纯电感
为了证明回转器将纯电容回转成一纯电感,可将其与一个电容串联,测量回路中电流量,观察是否发生了串联谐振。
电路如图2-3。
元件参数:
电阻R1-R7全取1000欧,R9=2000欧,电源电压8V,频率可调,电容C1和C2均取1uF.经过该电路C1回转成一个1H的电感,将1uF的电容与之串联,则发生谐振的频率为f0=159.155赫兹。
图2—3将电容回转成电感电路
表2-3
f/Hz
110
120
130
140
150
155
160
I/mA
3.605
3.743
3.847
3.921
3.969
3.995
4.000
4.002
165
170
180
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- 电工 电子 综合 实验 报告 阻抗 变换器 回转
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