回转器

图5.16.4（a） RLC并联谐振电路图 图5.16.4（b） RLC并联谐振电路等效电路图
R
R
U1
C1
C2 U1
C1
L
图5.16.4（a）
图5.16.4（b）
此并联谐振电路的幅频特性为：
U ()
I
I
G2 (C 1 )2 G 1 Q2 ( 0 )2
L
0
其中，G 1
R
；0
1 LC
，称为谐振角频率；
u1 i1
u1 ur0
/
ro
（计算结果见表5.16.1）
回转电导（理论值）：g 1 1 0.001 /S
R 1000
回转电导（实验值）：g i1 u2
（计算结果见表5.16.1）
2.模拟电感器测量。 从示波器上可以看到u1相位超前于i1相位，说明
回转器容性负载回转成感性负载。 3. 用模拟电感器作RLC并联谐振实验
1台
交流毫伏表
1只
数字示波器
1台
有源电路实验板
1块
四、实验用详细电路图
1．测量回转电导。
R0
r0
ur0 u1
i1
us
Rin
R
R0 R0 R
+ + -
R0
R
u2 RL
图1
2．用模拟电感器测RLC并联谐振频率。
r0
uR us
R0
R0
R0
－
R
C1 R
＋ ＋
R0
－
R
C2
图2
五、实验原理及计算公式
回转器是理想回转器的简称。它是一种新型的
双口元件。其特性表现为它能将一端口上的电压（
或电流）“回转”为另一端口上的电流（或电压）
。端口量之间的关系为：
i2i1
gu2 gu1
或
uu12ii12
上式中，回转系数g具有电导的量纲，称为回转电
导，α＝1/g称为回转比。
回转器可以由晶体管或运算放大器等有源器件构
成。图1所示电路是一种用两个负阻抗变换器来实现
口元件，其符号如图5.16.1所示。其特性表现为它能
将一端口上的电压（或电流）“回转”为另一端口上
的电流（或电压）。端口量之间的关系为：
i2i1
gu2 gu1
或
uu12ii12
上式中，回转系数g具有电导的量纲，称为回转
电导，α＝1/g称为回转比。
i1
u1
g
i2
u2
图5.16.1 回转器示意图
2. 回转器可以由晶体管或运算放大器等有源器件
1.008
103
0.365 0.77 1.58
462
1.025
103
0.468 0.972 1.98
473
1.019
103
2.模拟电感器的测量 按图2所示电路接线，将负载RL换成电容箱，
电容调到 1µF。为了观察不同频率 f 时，输入电压 与输入电流i1的相位超前滞后关系，同时保证示波器 两路输入共地，不能直接测量uro的波形。把us和u1 分别输入通道1和通道2，利用示波器的数学计算功 能，按下Math按钮，选择CH1-CH2功能，示波器上 显示出M波形，此波形即为us和u1的差值，即uro的波 形。
可调电容箱
可调电阻箱
直流毫安表
交流毫伏表
有源电路实验板
实验步骤
1. 测量回转器的回转电导
Ro ro
uro
i1
uS
u1
R in
R
+ + -
Ro Ro R
Ro
R
u2 RL
图5.16.5 测量回转电导电路图
1. 按图2.16.5所示电路接线，回转器输入端u1接正弦 信号US，电阻R0为51Ω，电阻R为1kΩ，负载电阻RL取 2kΩ，采样电阻r0取2kΩ。固定正弦信号源频率在3kHz 左右，在0～3V范围内，从低到高逐渐增加正弦信号u1 幅值，每增加约0.5V取一个点，记录下此时的u1、u2和 ur0的读数。根据ur0可得出输入电流i1，由u1、u2和i1可 得出回转电导g和输入电阻Rin，并与理论计算值进行比 较。
谐振频率（理论值）计算公式：
f0
2
1 LC1
2
1
C2 g2
C1
/Hz
计算结果参见表5.15.2。
谐振频率（测量值）：测量时保持输入正弦信 号幅值不变，改变输入信号频率，测量取样电阻电 压，当电阻电压上的电压最小时，输入信号的频率 即为并联谐振频率。测量结果参见表5.16.2。
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
回转器
实验目的
1. 学习和了解回转器的特性。 2. 研究如何用运算放大器构成回转器，学习回转
器的测试方法。 3. 学习用回转器和电容，来替代电感的方法。
实验原理
1. 回转器是理想回转器的简称。它是一种新型的双
3. 用模拟电感器作RLC并联谐振实验
ro uR uS
R0
－
C1 R
R0 R0 R
＋ ＋
－
R0
R
C2
图5.16.6 RLC并联谐振电路图
⑴ 实验电路如图2.16.6所示，R0为51Ω、R为1kΩ、 r0为2kΩ，C1、C2为电容箱。给定正弦信号发生器输 出电压（有效值）不变，用万用表测量R两端的电压 uR，记录下谐振频率。 C1为0.1µF，改变电容箱C2的 值，重复实验，最后将所记录谐振频率与理论谐振频
性负载变换为感性负载。
3．如图3（a）所示，用模拟电感器可以组成一个
RLC并联谐振电路，图3（b）是其等效电路。
R
＋
u1
C1
C2
－
图3（a） RLC并联谐振电路图
R
＋
u1
C1
L
－
图3（b） RLC并联谐振电路等效电路图
此并联谐振电路的幅频特性为：
U ()
I
I
G2 (C 1 )2 G 1 Q2 ( 0 )2
品质因数为： Q 0C 1 1 C G G0L G L
实验仪器
➢ 直流稳压电源
1台
➢ 功率函数发生器 1台
➢ 数字示波器
1台
➢ 数字万用表
1只
➢ 可调电容箱
1只
➢ 可调电阻箱
1只
➢ 直流毫安表
1只
➢ 交流毫伏表
1只
➢ 有源电路实验板 1块
直流稳压电源
功率函数发生器
数字示波器
数字万用表
的回转器电路。
其端口特性
i1
1 R u2
i2
1 R
u1
根据回转器定义式，可得g＝1/R。
2．在输入为正弦电压，负载阻抗是一个电容C时， 输入阻抗为：
Zin
1 g2ZL
g2
1 1
jC
g2
j L
jC
可见，在回转器输出端接入一个电容元件，从输入
端看入时可等效为一电感元件，等效电感L＝C/g2
。所以，回转器也是一个阻抗变换器，它可以使容
表5.16.2 RLC并联谐
C2 / µF C1 / µF
1
0.5
0.1
0.1
谐振频率 /Hz
理论值 测量值
502.3 486
711
1.592k
630.6 1.526k
七、实验数据计算、分析
1．测量回转器的回转电导
等效电阻（理论值）：Rin
R2 RL
10002 2000
500
/
等效电阻（实验值）： Rin
表5.16.1 测量回转器的回转电导
U1 / V
U2 / V
Ur0 / V
等效电阻 理论值
/Ω
测量值
回转电导 理论值
/S
测量值
2. 模拟电感器的测量 按图5.16.5所示电路接线，将负载RL换成电容箱，
电容调到 1µF。为了观察不同频率 f 时，输入电压与 输入电流的相位超前滞后关系以及uro的波形。测量数 据填入表5.16.2
率进行比较。
表5.16.3 RLC串联诣振
C2 / µF
1
0.5
C1 / µF
0.1
理论值
谐振频率/Hz
测量值
486
630．6
0.1 1．526
实验报告要求
1. 根据实验数据，计算回转器的回转电导、输入阻 抗，并与理论值相比较。
2. 用示波器观察并记录模拟电感器的u－i波形，解 释相位超前滞后关系。根据实验数据，计算输入 电阻，并与理论值相比较。
构成。图5.16.2所示电路是一种用两个负阻抗变换器
来实现的回转器电路。
其端口特性：
i1
1 R
u2
i2
1 R
u1
根据回转器定义式，可得 g＝1/R。
＋ ＋
R0
－
R0
R0
i5
i6
R
i3
i1 u1
A
i
Rin
R i7
Rin
B
－
R0
i4 i2
R
u2 RL
图2.16.2 回转器电路图
3. 在输入为正弦电压，负载阻抗是一个电容C时，
百度文库
较。
U1 / V
U2 / V
Ur0 / V
等效电阻 理论值
/Ω
测量值
回转电导 /S
理论值 测量值
表5.15.1 测量回转器的回转电导
0.083 0.192 0.385
432
1.003
103
0.174 0.376 0.792
439
1.053
103
0.271 0.572 1.153 500 470 0.001
相关知识点
二端口器件 回转器 串联谐振
注意事项
1. 回转器电路的电源极性及工作电压不能接错，以 免损坏运算放大器。
2. 更换实验内容时，必须首先关断实验板的电源， 不能在带电情况下更改接线。
3. 交流电源的输出不能太大，否则，运算放大器饱 和，正弦电压波形出现畸变，影响实验测量准确 性。
4. 注意信号源和示波器公共接地点的选取。
2. 可以只用一个通道直接测量uro吗？ 答：不可以，因为用一个通道测量，只能得到ro 的某一端对“地”的电压。
实验相关知识
预习要求 相关知识点 注意事项
预习要求
1. 预习运算放大器的基本工作原理，以及构成回转 达器的基本方法。
2. 预习回转性的特性及用回转器构成模拟电感器的 原理。
3. 预习RLC串联谐振的基本概念。
L
0
其中，G
1 R
；0
1 ，称为谐振角频率；
LC
Q 0C 1 1 G G0L G
C L
，称为品质因数。
六、实验数据记录
1．测量回转器的回转电导 按图1电路接线，回转器输入端u1接正弦信号Us，
电阻R0为51Ω，电阻R为1kΩ，负载电阻RL取2kΩ， 采样电阻r0取2kΩ。正弦信号源的频率固定在3kHz左 右，在0～3V范围内，从低到高逐渐增大正弦电压u1 ，每增加约0.5V取一个点，记录下此时的u1、u2和ur0 的读数。根据ur0可得出输入电流i1，由u1、u2和i1可得 出回转电导g和输入电阻Rin，并与理论计算值进行比
3. 绘制不同频率下，电路中采样电阻两端的幅频特 性。
实验现象
1. 在模拟电感器实验中，回转器的负载接电容时， 其端口的电压相位超前于端口电流相位，说明回 转器将电容转换成了电感。
2. 电阻、电容和模拟电感器串联当输入信号频率等 于谐振频率时电路发生了谐振，此时电阻上的电 压最大。
实验结果分析
1. 如果直接将通道1测量 us，通道2测量uro，会产 生什么后果？为什么？ 答：会造成功率函数发生器输出端短路。因为 示波器两通道的“地”是同一个“地”。
实验标准报告
一、实验目的 1．学习和了解回转器的特性。
2．研究如何用运算放大器构成回转器，学习回转器 的测试方法。
3． 学习用回转器和电容，来替代电感的方法。
二、实验内容
1．测量回转器的回转电导。 2．模拟电感的测量。 3．用模拟电感器测RLC并联谐振频率。
三、实验仪器
双路稳压电源
1台
函数发生器
3.用模拟电感器作RLC并联谐振实验
r0
uR us
R0
R0
R0
－
R
C1 R
＋ ＋
R0
－
R
C2
图5.15.6 RLC并联谐振电路图
实验电路如图5.15.6所示，R0为51Ω、R为1kΩ、r0 为2kΩ，C1、C2为电容箱。给定正弦信号发生器输 出电压（有效值）不变，从低到高改变电源频率（ 在谐振频率附近，频率变化量要小一些），用交流 毫伏表测量R两端的电压uR，记录下电压uR值最小时 的电源频率，即为谐振频率，改变电容箱C2的值， 重复实验，将所记录谐振频率与理论谐振频率进行 比较。
输入阻抗为：
Zin
1 g2ZL
g2
1 1
jC
g2
j L
jC
因此，在回转器输出端接入一个电容元件，从输入
端看入时可等效为一电感元件，等效电感L＝C/g2。
所以，回转器也是一个阻抗变换器，它可以使容性
负载变换为感性负载。
4. 如图5.16.4（a）所示，用模拟电感器可以组成 一个RLC并联谐振电路，图5.16.4（b）是其等效电 路。