有源元件应用系统的综合设计

实验报告
课程名称：电网络分析 _______指导老师：_孙盾_____ 成绩：__________________ 实验名称：_有源元件应用系统综合设计实验类型：_____________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1. 设计有源元件实现的负阻器，在直流工作条件和交流工作状态下测试其负阻特性；
2. 设计一个有源元件实现的回转器；
3. 利用回转器的回转特性，制作模拟电感；运用到RLC 二阶电路的暂态响应；
4. 将模拟电感运用谐振电路。

5. 将负阻器与回转器组合为系统，同时测试负阻器的负阻特性与回转器的回转特性；
6. 将两个回转器组合为一个系统，实现有源变压器的传输特性；
7.进一步研究混沌现象。

二、实验内容和原理
（1）负阻变换器
（2）回转器电路设计研究
（3）变压器电路设计研究
三、主要仪器设备
电工电子试验台、信号发生器、示波器、DG08动态元件、DG—DZ2 四、实验数据记录和处理
（1）负阻变换器
1）直流电阻特性
2）交流电阻特性
规律：电阻两端的电压可以代表负阻电流，由此可以发现负阻两端的电压电流反相。

3)负阻变换器运用到二阶电路
①不含负阻情况下：调节R11分别为0Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1KΩ，
利用示波器通道相减原理观察电感电压波形。

R11=0ΩR11=200Ω
R11=400ΩR11=600Ω
根据理论计算得：2（L/C)1/2
=894.4Ω。

当R>894.4Ω时，过渡过程是非周期情况，
即过阻尼。

当R=894.4Ω时，过渡过程是临界阻尼。

当R<894.4Ω时，过渡过程是周期性震荡，即欠阻尼。

观察示波器图象，发现R11从0Ω到800Ω的过渡过程属于欠阻尼，1000Ω的过渡过程是过阻尼，判断临界阻尼在800——1000Ω之间，与理论推导吻合。

②含负阻情况下：调节R10为1K Ω、1.2K Ω、1.4K Ω、1.6K Ω、1.8K Ω、2K Ω， 利用示波器通道相减原理观察电感电压波形。

R10=1K Ω R10=1.2K Ω
R10=1.4K Ω
R10=1.6K Ω
根据理论计算得：2（L/C)1/2=894.4Ω
当R>894.4Ω时，过渡过程是非周期情况，即过阻尼。

当R=894.4Ω时，过渡过程是临界阻尼。

当R<894.4Ω时，过渡过程是周期性震荡，即欠阻尼。

观察示波器图象，发现R10从1000Ω到1800Ω的过渡过程属于欠阻尼，2000Ω的过渡过程是过阻尼，R10和R9串联，判断临界阻尼在800——1000Ω之间，与
理论推导吻合。

同时和不含负阻的等效电阻的图象一一对应。

（2）回转器电路设计研究
1、观察端电压U20和端电流的相位，并测量回转电感
可以发现端电压U20的相位比端电流超前90°
回转电感值：
L≈199mH
2、将回转电感运用于谐振电路，寻找谐振频率；再次测量回转电感值；观察波形的特点；
谐振频率：f≈1kHz
回转电感值：L≈189mH
此时电容和电感两端的电压Vrms=212mV，接
近零，电源电压与电阻两端电压图象吻合，电
源电压全部落在电阻上。

3、将回转电感、负阻器同时运用于二阶电路，激励调节为方波信号；观察波形的特点；调节R11为1.3KΩ、1.5KΩ、1.7KΩ、3KΩ、7KΩ，记录信号源和电感电压波形。

R11=1.3KΩR11=1.5KΩ
R11=1.7KΩR11=3KΩ
R11=7KΩ
根据理论计算得：R=1/2*（L/C)1/2=726.5Ω
当R>726.5Ω时，过渡过程是周期性震荡，即欠阻尼。

当R=726.5Ω时，过渡过程是临界阻尼。

当R<726.5Ω时，过渡过程是非周期图象，即过阻尼。

观察示波器图象，发现R11从1.3kΩ到1.7kΩ的过渡过程属于过阻尼，3kΩ和7kΩ的过渡过程是欠阻尼，R11和R12串联，判断临界阻尼在700——2000Ω之间，与理论推导吻合。

（3）变压器电路设计研究
示波器图像按照顺序依次为：
五、实验结果与分析
（1）负阻变换器
①负阻变换器在直流状况以及交流状况下，能使电流反相，表现出负阻特性。

②当负阻变换器应用到二阶RLC串联电路时，负阻和电阻串联的特性等同于等
效电阻的特性，调节可变电阻，可以观察到过阻尼以及欠阻尼的过渡过程。

过渡
过程的现象和经计算得出的理论临界电阻一致。

（2）回转器电路设计研究
①回转器能够将一端口的电容“回转”成另一端口的电感。

②“回转”形成的电感和电容串联能够发生谐振现象。

③当负阻变换器和“回转”形成的电感应用到二阶RLC并联电路时，负阻和电
阻串联的特性等同于等效电阻的特性，调节可变电阻，可以观察到过阻尼以及
欠阻尼的过渡过程。

过渡过程的现象和经计算得出的理论临界电阻一致。

理论值n=0.5 Ui/Uo=0.5 Io/Ii=0.5
实验结果与理论值基本相符。

但是观察到，当输入电压增大至2.060V之后，会出现输入电压失真的现象。

（图
象在前面一页）
六、讨论、心得
（1）在观察二阶电路过渡过程的现象的时候，负阻如果正常连接的情况下，图象与理论不符合，这时候应该将运算放大器的正负插脚互换。

（2）变压器电路设计研究中，如果负载端的电阻太小的话，会出现波形不稳定的现象，开始选择的1kΩ，波形比较不稳定，选择2kΩ之后，波形有了较大的改进。

（3）在观察负阻变换器在二阶电路中的特性的时候，将负阻和电阻串联的电路与一个等效纯电阻的实验对照，可以发现负阻和电阻串联等效于纯电阻。