回转器电路设计(完整版,包括pspice仿真电路以及实验数据)

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利用运算放大器搭建回转器电路仿真报告.

利用运算放大器构成回转器电路的研究电22 王明轩2012010905 电22 李自帅2012010916 摘要：回转器是基本的电路元件之一，它在电力处理和信号处理电路中具有广泛的应用。

本文以采用运算放大器实现回转器的电路为例，讨论了回转器的端口特性及其性质，并运用Multisim对分析结果进行了仿真验证。

关键词：回转器运算放大器仿真一、背景介绍回转器(Gyrator)的是现代网络理论中使用的一种双口电阻元件，其元件符号如图所示：回转器(gyrator)是一种具有电阻倒换或电感与电容倒换性质的二端口元件，由特勒根提出并加以命名的基本电路元件。

目前，回转器已做成IC模块供用户使用，是无电感滤波器中的重要元件。

它在信号处理和元件转换中具有独特的作用。

课上学习回转器过程中，对其“回转”功能（尤其是可以将电容转变为电感应用在集成电路中）产生浓厚兴趣。

因此选取课本上所给的由运算放大器构成的回转器电路结合仿真进行研究，电路如右图所示。

二、原始电路分析1.理论分析（1）回转器的实现电路如下：由运放的“虚短”和“虚断”可得：由电阻的串联可知：故：，故类似的，可以求出：故：满足回转器的参数矩阵，及实现了回转器的要求。

（2）利用回转器实现电容到电感的回转。

在电路的又端口接一个电容原件C，此时有：由回转器的特性方程可得：可以令C便实现了电容到电感的回转。

2.仿真验证仿真过程中，令所有R=1kΩ，电源内阻rr=500Ω。

（1）直流特性令负载RL=1k Ω，连接仿真电路如图：R7进行直流扫描分析其回转功能，输出值即为U2/I1、 U1/I2,结果如图：可见当电压绝对值在一定范围内时，这两个比值绝对值都恒定在1k Ω附近，符合理论分析的回转器回转特性。

如果输入电压绝对值过大或过小，运放不再工作在线性工作区，回转特性无法实现。

（2）交流特性及将电容“回转”为电感的功能。

输入换为交流电源，并将负载换为10μF 电容，仿真电路如图：进行交流分析，输出量为输入电压和电流，结果如图由其相频特性曲线可看出在中频段时，电流领先电压约为90°，即实现了由电容回转为电感的功能。

回转器

回转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实验目的• 学习和了解回转器的特性。

• 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。

•学习用回转器和电容，来替代电感的方法。

实验原理• 回转器是理想回转器的简称。

它是一种新型的双口元件，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：或上式中，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5.16.2所示电路是一种用两个负阻抗变换器1221i gui gu =⎧⎨=-⎩1221u i u iαα=-⎧⎨=⎩来实现的回转器电路。

其端口特性：根据回转器定义式，可得 g ＝1/R 。

图2.16.2 回转器电路图• 在输入为正弦电压，负载阻抗是一个电容C 时，输入阻抗为：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 /g 2。

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。

122111i u R i u R ⎧=⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩Lin 222111Lj C Z j Lg Z ggj Cωωω====• 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。

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图5.16.4（a ）图5.16.4（b ）此并联谐振电路的幅频特性为：2C U LU ()U ω==其中，；，称为谐振角频率；品质因数为：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•测量回转器的回转电导1G R=0ω=001CQ GG Lωω===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u 1接正弦信号U S ，电阻R 0为51Ω，电阻R 为1k Ω，负载电阻R L 取 2k Ω，采样电阻r 0取2k Ω。

回转器实验指导书

回转器实验一实验目的1了解回转器的原理及构成，对回转器有感性的认识2学习用回转器和电容，产生频变电感的方法3通过电路设计理解回转器的特性和应用二实验原理1 回转器一种双口网络，其符号如图1所示。

其特性表现为它能将一端口上的电压（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：或回转系数g 称为回转电导，α＝1/g 称为回转电阻图12回转器可以由运算放大器等构成。

图2所示电路是一种两个运算放大器和电阻构成回转器电路。

1221i gu i gu =⎧⎨=-⎩1221u i u i αα=-⎧⎨=⎩图2三实验任务1按图2 所示电路接线，回转器输入端接正弦信号u ，1端接信号源红表笔，R1= 1K Ω、R2= 100Ω、R3= 300Ω、R4=2K Ω、R5=1K Ω、R6=2K Ω、R7=100Ω、R8=100Ω、R9=1K Ω，C1=0.22uF 。

运算放大器为uA741。

图32如图3所示，正弦信号源频率在500HZ,电压vpp5V ，示波器CH2通道红表笔接2处，黑表笔接地；示波器CH1通道红表笔接1处，黑表笔接地；CH2所测即为回转器输入电压u2，通过示波器上math 的减法功能，实现CH1和CH2通道的减法，得到CH1-CH2电压差即为电阻R9上的电压ur ，则得通过回转器的电流9R ur I =，记下u2和ur 的波形；并算出测得的L 值，其中I L u2=ω。

图4 图53如图4所示，在电路中串联一个0.1uF 的电容，图5为等效电路，构成了RLC 串联电路，求出谐振频率0f ，201LC =ω。

4如图4，1端接信号源红表笔，令示波器CH2通道红表笔接2处，黑表笔接地；示波器CH1通道红表笔接1处，黑表笔接地；CH1电源即为信号源电压u ，同上通过示波器math 里的减法功能，实现CH1和CH2的通道的减法，得到CH1-CH2电压差即为电阻R9上的电压r u '，则9R u I r '=，调节信号源的频率，观察CH1的波形和CH1-CH2的波形。

电路-回转器

五、回转器的研究
一、仿真实验目的
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、仿真实验原理
回转器：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。
性质：回转器是一种二端口网络元件，可以用含晶体管或运算放大器的电路来实现。理想回转器的电路符号如图1所示，图中箭头表示回转方向。在图示方向下，理想回转器的端口的伏安关系为式中g和r表示回转器的回转电导和回转电阻，是表示回转器的特性参数。此二式表明，回转器具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口的电流（或电压）的能力。回转器不仅可以使两个端口的电流和电压互相回转，而且还具有回转阻抗的性能．
三、电路设计内容与测试
（二）实验的仿真电路图如=1kΩ，电压U1=2V，测量一端电流I1、另一端电压U2和电流I2。
由图得： ,与计算值相符。
2、验证其回转性。
连接下图所示的电路：
波形：
由波形可知，电压超前电流90 ，二端电容C在一端测量时为感性L，验证了回转器的回转性。
如图1所示若在回转器的输出端口2，2’接有复阻抗，在图示参考方向的正弦激励作用下，从输入端口1，1’看进去的等效复阻抗(输入阻抗)
式中为负载的复阻抗．显然，当负载阻抗为电容性时，输入阻抗将为电感性．若在输出端口2，2’接一电容元件C，则从输入端口1，1’看，相当于一个电感元件L且
图1
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。
四、对比分析与结论
本次实验的结果与计算值相符，且在测量波形时也得到了很准确的数据，回转器也正如我们所看到的那样，具有强大的功能。

电路实验教程1.13 回转

1.13 实验十三回转器的研究1.13.1. 实验目的(1). 观测和研究回转器的端口伏安特性；(2). 测试回转器的参数；(3).了解回转器的应用。

1.13.2. 实验原理(1) 回转器的端口伏安特性理想回转器是一个二端口网络，其电路模型如图12.1所示，其伏安关系为i 1=g u 2 或 u 1= - r i 2i 2=-g u 1 u 2= r i 1即一个端口的电流（或电压）能够“回转”为另一个端口的电压（或电流），其中g 和r 分别称为回转电导和回转电阻，简称回转系数。

(2) 回转器的阻抗逆变作用在图1.13-2中，回转器输入端接入负载阻抗ZL ，入端的输入阻抗z r L 2)(r r 1r I U I U Z 2222211in=-=-== 假如负载为电容，其阻抗为1/(j ωC)，则此时输入阻抗L j Cr j C j 122in r Z 'ω=ω=ω=即输入阻抗为电感L=r 2C 的电感元件，所以回转器也是一个阻抗逆变器。

(3) 利用回转器产生浮地电感用回转器（当输出端接电容C 时）模拟的电感一端接地，这就意味着此电路仅能用来实现一端接地的电感。

然而无源RLC 电路通常包含有不接地的电感，这种电感一般称为“浮地电感”。

实现这种电感的途径是把两个回转器和一个电容按图12.3(a)级联起来。

如果回转器是理想的，那么该电路就具有图1.13-3(b)所示的数值为Cr 2的理想浮地电感的性质。

图1.13-1 回转器模型 U 2 - + 图1.13-2 由回转器实现阻抗逆变 Z in 图1.1-3 回转器模拟浮地电感(a)用模拟电感可以构成谐振电路或滤波器等电路。

(4) 用运算放大器组成回转器用运算放大器组成回转器的电路有多种，图1.13-4为其中一种，其工作原理请同学们自行分析之。

1.13.3实验内容(1) 回转器端口伏安特性的观测用示波器分别观测输出端接R L 、L 或C 时的入端电压、电流波形。

电工电子仿真实验

电工电子综合实验回转器仿真论文院系：学号：姓名：回转器电路的设计摘要：理想回转器的功能主要依靠运算放大器来实现，它的主要特性是能够把输出输入两端的电流与电压“回转”。

工业生产中，在大规模集成电路中，通常利用回转器的这一特性，将电容元件回转成电感元件。

关键词：回转器电容回转参数运算放大器模拟电感引言：回转器是一种二端口网络元件，具有把一个端口的电压（或电流）“回转”为另一端口上的电流（或电压）的能力。

所以回转器可以把电容“回转”成电感，而这在工程上有重大意义。

在微电子器件中电容易于集成，而电感难以集成，利用回转器和电容来模拟电感可以解决这个问题。

本次实验研究将利用运算放大器完成回转器的设计及应用，利用运算放大器设计一个简单的回转器，并测量其回转参数，最后用自己设计的回转器将电容回转成电感。

通过本次研究，可以使我们对回转器的原理及应用有更深一步的了解。

正文：实验要求用运算放大器设计一个回转器电路（1）推导其基本方程。

（2）测量其回转参数g，验证其满足基本方程。

（3）将负载电容“回转”成一个电感量为0.1H~1H的模拟纯电感，用实验的方法验证该模拟量的电感特性及电感量准确性，并与理论值进行比较。

实验原理图（1）如图（1）所示，箭头表示回转方向。

理想回转器端口的伏安关系为I1=gU2 U1= －rI2I2= — gU1或U2=rI1式中，g和r——回转器回转电导和回转电阻，单位分别是S和Ω，统称为回转常数，且有g=1/r。

若回转方向相反，则式中g和r前的正、负号应互换。

L图（2）图（2）为用运算放大器设计的回转器电路基本方程：(1/R+1/R0)u1-u5/R0=i1(1/R+1/R0)u3-u5/R0-u2/R=0(1/R+1/R0)u2-u3/R-u6/R0=i2(1/R+1/R0)u4-u6/R0=0由虚短，u1=u3，u2=u4解得，i1 = 0 1/R u1 =0 g u1i2 -1/R 0 u2 -g 0 u2实验内容<1>.测量回转电导g，并验证其满足基本方程R用1.5kΩ的电阻，R0用200Ω的电阻，输出端接电阻箱R（仿真图中为R8），输入端串接低频信号源（频率3kHz，电压有效值3V）和一个阻值为2kΩ的电阻Rs（仿真图中为R9），如图电路改变输入电压U1得下表由以上测量和计算可知，测量出的回转参数与计算出来的基本相同，满足基本方程。

回转器与负阻抗变换器的仿真分析

第19卷第3期2003年9月天　津　理　工　学　院　学　报JOURNA L OF TIAN JIN INSTITUTE OF TECHN OLOG Y V ol.19N o.3Sep.2003 文章编号:100422261(2003)0320086203回转器与负阻抗变换器的仿真分析Ξ徐　伟1,马　韬2,徐钦民1(1.天津理工学院自动化与能源工程学院,天津300191;2.天津大学机械工程学院,天津300072)摘　要:回转器和负阻坑变换器是两个具有实用意义的器件,通过电路仿真标准工具PSPICE6.2的“软教学”、“软实验”和“软设计”,丰富了理论教学内容,填补了实验教学的空白,使理论环节与实践环节进一步紧密地结合起来.关键词:回转器;负阻抗变换器;仿真;PSPICE 中图分类号:TP39 文献标识码:AEmulating analysis of circle round device andnegative impedance converterX U Wei 1,MA T ao 2,X U Qin 2min 1(1.C ollege of Automation and Energy S ource Eng.,T ianjin Institute of T echnology ,T ianjin 300191,China ;2.School of Mechanical Engineering ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China )Abstract :C ircle round device and negative im pedance converter are tw o devices of having pragmatic meaning.Through“soft teaching ”,“soft test ”,and “soft desigh ”of circuit emulating criterion tool PSPICE6.2,they enrich the content intheory teaching ,fu fil the gaps in test teaching ,make theory link and practice link m ore inseparable in a further combi 2nation.K eyw ords :circle round device ;negative im pedance converter ;emulating ;PSPICE 回转器和负阻抗变换器是电路理论中具有实用价值的两个器件,邱关源所编第四版《电路》教材中只给出其符号,对其端口处伏安关系进行了理论推导[1].实践教学中,由于受到实验设备等硬件设施及学时的限制也将其搁置一边,学生不知其组成、没有直观地感性认识,认识上的模糊,影响了对其应用方面的开发,如何填补理论教学和实践教学的不足,如何将理论与实际紧密结合,在有限的学时内给学生以更大的信息量,电路仿真软件PSPICE 的使用[2],使这一问题得到了很好的解决.1　回转器的仿真分析及应用由于回转器能使容性负载和感性负载互为逆变,而用电容器来模拟电感器是其重要应用之一,为用易于集成的电容来实现难于集成的电感提供了可能性,特别是在模拟大电感量和低损耗的电感器方面,具有很高的实用价值.针对教材中给出的回转器符号及推导出的功能,调用PSPICE6.2,在Schematice 环境中绘制出由运算放大器构成的回转器电路,如图1.负载为图1　回转器电路Fig.1　Circle round deviceΞ收稿日期:2002212231 第一作者:徐　伟(1956— ),女,副教授一个3mF 的电容器,然后选择Analysis 菜单中“Set up ”项,选择“瞬态分析”类型,完成相应的设置后,进入Analysis 菜单中Simulate 项进行仿真,其结果如图2.图2　回转器1端伏安关系Fig.2　Circle round device 1extremityvoltage 2current characteristic图3　用等效电感器作高通滤波器电路Fig.3　H igh 2p ass filter systemcircuit图4　高通滤波器幅频特性Fig.4　H igh 2p ass filter system amplitude andfrequency ch aracteristic 显见,回转器入端(1端)电压超前于电流90°,呈纯电感性质,其等效电感值L eq =U m /I m ω≈3.18(H ).图3是用图1构成的等效电感器组成高通滤波器的应用电路,图4为其幅频特性. 同理,回转器还可以构成低通、带通滤波电路、R LC 谐振电路等等.2　负阻抗变换器的仿真分析及应用负阻抗变换器能够起逆变阻抗的作用,即具有把一个正阻抗变为负阻抗的本领,分电流反向型和电压反向型.针对教材中给出的负阻抗变换器的符号及推导出的功能,以电流反向型、负载为一个1kΩ的纯电阻元件、输入电压为正弦激励情况为例,调用PSPICE 6.2,同上述回转器的绘制、设置、分析步骤,得到其电路如图5、图6的仿真结果.图5　负阻抗变换器电路Fig.5　N egative imped ance convertercircuit图6　负阻抗变换器1端伏安特性Fig.6　N egative imped ance conveter 1extremityvoltage 2current ch aracteristic・78・　2003年9月徐　伟,等:回转器与负阻抗变换器的仿真分析显见,输入电流与输入电压反相,从而证明该电路确实是一个负阻抗变换器,它将一个正电阻变换成了一个负电阻,等效阻值为R eq=-U m/I m≈-100(Ω).图7是以该等效负电阻去低消R LC串联二阶零输入响应电路中R7值(其中:u c3(0+)=0.1V),以获得无阻尼等幅振荡的应用电路,图8是其电容电压等幅振荡情况. 同理,负阻抗变换器还可以构成回转器、构成一个具有负内阻的电压源等.图7　R LC串联无阻尼等幅振荡电路Fig.7　R LC series not resistance equiamplitudevibrationcircu图8　Uc等幅振荡波形Fig.8　Equiamplitude vibration circu U c w aveform3　结　论通过电路仿真工具PSPICE的使用,将理性认识与感性认识、理论与实际紧密地结合在一起,丰富了理论教学内容,弥补了实验手段不足,在有限的学时内,给学以生动的、更多的信息,开拓了学生的视野,激发了学生的学习兴趣,收效十分显著.参　考　文　献:[1]　邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社,1999.[2]　徐　伟,张晓光.电路分析和模拟技术[M].香港:现代知识出版社,2002.・88・天　津　理　工　学　院　学　报第19卷　第3期　。

PSpice回转器电路仿真设计实验报告

南京航空航天大学仿真实验报告课程名称电路实验与实践实验名称基于PSpice的回转器实验仿真班级姓名惠琦学号实验组别同实验者实验日期实验地点评定成绩审阅老师一、实验目的1.加深对回转器特性的认识，并对其实际应用有所了解。

2.研究如何用运算放大器构成回转器，并学习回转器的测试方法。

二、实验原理1.回转器是理想回转器的简称，它能将一端口上的电压（电流）“回转“成另一端口上的电流（电压）。

端口变量之间的关系为：I1=gU2 或u1=-ri2I2=-gU1 u2=ri1式中：r、g 为回转系数，r 为回转电阻，g 为回转电导。

2.两个负阻抗变换器实现回转器：用电阻接入时:Rin=1/(g2RL)一般情况:Zin=1/(g2ZL)回转电导:g=1/R三、实验仿真软件OrCAD PSpice仿真实验报告纸四、实验步骤1.测回转电导 g：实物实验步骤：回转器输入端接信号发生器，调得 US=1.5V（有效值），输出端接负载电阻 RL=200Ω，分别测 U1，U2，I1，求 g。

仿真步骤：原理图如下，搭建如图原理图并运行仿真，观察并记录 U1，U2，I1，求回转电导g。

2.记录不同频率下 U1、I1 的相位关系：实物实验步骤：回转器输出端接电容，C 分别取 0.1μ F、0.22μ F，用示波器观察 f 分别为 500Hz、1000Hz 时 U1 和 I1 的相位关系。

仿真步骤：原理图如下，其中电压源为VSIN（适合暂态分析），分析设置中选择暂态分析Transient，取合适的时间，用标记Mark功能标记 U1 和I1（实际标记的是采样电阻旁的电压），对 C 分别取 0.1μ F、0.22μ F，对f分别取500Hz、1000Hz（在VSIN中修改FREQ参数），进行暂态分析，观察并记录波形。

仿真实验报告纸3.测由模拟电感组成的并联谐振电路的 Uc~f 幅频特性：实物实验步骤：取 C1=0.1μ F 经回转器成为模拟电感，另取 C=0.22μ F，则f0=1.073kHz,符合要求。

实验五回转器的设计与研究

实验报告五回转器的设计与研究1、电路课程设计目的（1）利用运算放大器设计电路，实现回转器；（2）用实验方法测定回转器参数并与理论计算值比较。

2、设计电路原理与说明理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，不消耗功率也不发出功率，是一个无源线性元件。

回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质。

正是如此，可利用回转器将一个电容回转为一个电感，这为集成电路中对于电感元件难以集成的问题提供了一种解决的方法，即用便于集成的电容代替电感。

回转器矩阵方程为112200i u g i gu ⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭112200u i r u r i -⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭其中，g 具有电导量纲，称为回转电导；r 具有电阻量纲，称为回转电阻，它们均为常数，亦称为回转常数，且1g r =。

设计电路图如下：1320R R ==Ω 2410R R ==Ω121'2'图一利用运算放大器的“虚短”“虚断”概念，对O 1的同相端列KCL 方程有2421u u i R -=对O 2同相端列KCL 方程有213u i R -=又流过R 2和R 4的电流相同有12424u u u R R -=故42112R i u R R =写成矩阵形式为31122412100R i u i u R R R ⎛⎫-⎪⎛⎫⎛⎫⎪=⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭当1234R R R R =时，即满足回转器的条件，矩阵形式为3112231010R i u i u R ⎛⎫-⎪⎛⎫⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭回转电导31g R =，回转电阻3r R =。

现取1320R R ==Ω，2410R R ==Ω，故0.05g s =，20r =Ω。

3、电路课程设计仿真内容与步骤及结果（1）在1-1’ 端口接入电源，在2-2’ 端口接入10Ω电阻，测量I 1 I 2 U 2；图二1212200.6u i ==Ω21 5.999200.3u i -=≈Ω （2）在2-2’ 端口接入电源，在1-1’ 端口接入10Ω电阻测量I 2 I 1 U 1；图三125200.25u i ==Ω 2110200.5u i --==Ω-（3）测量回转器将电感回转为电容的特性；图四波形图为图五电流超前电压，表现出电容的特性。

回转器电路综合实验报告

电路实验报告回转器电路设计（Pspice仿真）班级：学号：姓名：一、实验仿真软件PSPICE (采用UA741运放，非理想运放)二、实验步骤1.测回转电导g：回转器输入端接信号发生器，调得U S=1.5V（有效值），输出端接负载电阻R L=200Ω，分别测U1，U2，I1，求g。

2.记录不同频率下U1、I1的相位关系：回转器输出端接电容，C分别取0.1μF、0.22μF，用示波器观察f分别为500Hz、1000Hz时U1和I1的相位关系。

3.测由模拟电感组成的并联谐振电路的U c~f幅频特性：取C1=0.1μF经回转器成为模拟电感，另取C=0.22μF，则f0=1.073kHz,符合要求。

信号源输出电压有效值保持为1.5V不变，改变频率（200Hz~2000Hz），测U c的值，同时观察U S和U C的相位关系。

（串联一取样电阻，阻值1kΩ）三、仿真实验电路图及数据1.测回转电导g：U1: 1.25VU2:249.99mVUR: 0.250VI1=0.250V/1000Ω=0. 250mAg=I1/U2=0.250mA/249.99mV=1.0004mS理论值：g=1/R=1mS(在误差允许范围内，该实验结果可以接受。

)2.记录不同频率下U1、I1的相位关系其中：R6两端电压与I1同相。

（1）C1=0.1μF：500Hz1000Hz输入电压的相位超前输入电流相位90o，证明输入端具有电感特性。

（2）C2=0.22μF：500Hz1000Hz3．测由模拟电感组成的并联谐振电路的Uc~f幅频特性：U C～f幅频特性曲线四、结论由于电子元器件并不理想，导致了实验结果（回转参数和模拟电感值）存在一定误差。

减小这些误差，可以在了解实际元器件内部构造及一些参数后通过补偿的方法来实现。

本课题要求利用运算放大器设计一个回转器，并了解其基本特性基本参数，然后加以应用。

而本课题的核心在于回转器具有把一个端口的电压（或电流）“回转”为另一端口上的电流（或电压）的能力，围绕这一核心可以进行一系列的研究。

5 回转器电路仿真

仿真实验五回转器的研究一、实验目的：1、了解回转器的基本电特性及其运算放大器实现办法。

2、掌握回转器参数的测试方法并了解其应用。

二、实验原理：理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，如下图所示为回转器的电路模型：作为理想的二端口网络，其端口电流、电压关系可表示为：1221i gu i gu =⎧⎨=-⎩ 或写为：2112u ri u ri =⎧⎨=-⎩其中，g 具有电导量纲，称为回转电导；r 具有电阻量纲，称为回转电阻，他们均为常数，亦称为回转常数，且1g r =。

用矩阵形式表示上面的方程，写为112211220000i u g i g u u i r u r i ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦-⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 因为12211221,Z Z Y Y ≠≠，所以理想回转器是非互易的，不满足互易定理。

根据理想回转器的端口方程，可作出用受控源表示回转器的电路模型，01U 02U 由上述方程可计算理想回转器的总功率为：()()112212210p u i u i u gu u gu =+=+-=上式说明，理想回转器既不消耗功率也不发出功率，因此它是一个无源线性元件。

同时由上述方程又可看出，回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质。

正是如此，可利用回转器将一个电容回转为一个电感，这为集成电路中对于电感元件难以集成的问题提供了一种解决办法，即用便于集成的电容代替电感。

如在上图的输出端接一负载阻抗2Z 则输入阻抗i Z 为：212221222111i I U g Z g Z I gU U g I ∙∙∙∙∙∙-====⎛⎫- ⎪⎝⎭上式中，当2Z →∞（端口2开路），0i Z →（端口1短路），当20Z →（端口2短路），i Z →∞（端口1开路）。

如故取21Z j Cω=，则2i C Z j g ω=j L ω=，可见2CL g=。

称回转器的这种性质为阻抗倒置性。

电工电子综合实验报告-负阻抗变换器和回转器

电工电子综合实验报告——负阻抗变换器和回转器的设计一、摘要本文提出了利用运算放大器实现：（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。

而它在线性工作区的两个特性：“虚短”及“虚短”使得它有了广泛的应用。

如比例器、加法器、减法器、积分器等。

本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。

2、负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。

它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。

该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。

3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。

它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。

也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口电流（或电压）的能力。

它的一个重要用途就是将电容“回转”成电感，或反之。

三、正文（一）实验材料与设备装置本实验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。

（二）实验过程1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图1—1）图1—1 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U1 1 0 U2 ，其中 1 0= T=I1 0 -1/k I2 0 -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—2 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1 -k 0 U2 ，其中-k 0= T=I1 0 1 I2 0 1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。

电工实验论文~回转器设计

回转器的设计摘要：1.用运算放大器设计一个回转器电路并推导其基本方程。

回转器是理想回转器的简称。

它是一种新型的双口元件。

图1-1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）。

2.测量回转器电路的回转参数g ，验证其满足基本方程。

按图1-1所示电路接线，回转器输入端u 1接正弦信号U S ，电阻R 0为100Ω，电阻R 为1k Ω，负载电阻R L 取2k Ω，采样电阻r 0取2k Ω。

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u 1幅值，记录下此时的u 1、u 2和u r 的读数。

根据u r 可得出输入电流i 1，由u 1、u 2和i 1可得出回转电导g 和输入电阻R in ，并与理论计算值进行比较。

3.将负载电容“回转”成一个电感量为0.1-1H 的模拟纯电感，用实验的方法验证该模拟量的电感特性及电感量准确性，并与理论值进行比较。

eg in L j C j r Cj I I r U I r rU rI I rI I U Z ωωω=⋅=⋅-⋅-=⋅-=-===211211211212221 式中Ｌ＝r2Ceg关键字:回转器回转电阻回转电导回转参数引言：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。

现用运算放大器设计一个回转器电路：1.推导其基本方程。

2.测量其回转参数g，验证其满足基本方程。

3.将负载电容“回转”成一个电感量为0.1-1H的模拟纯电感，用实验的方法验证该模拟量的电感特性及电感量准确性，并与理论值进行比较。

正文：二、仿真试验实验材料及设备装置正弦函数电源电容放大器所需阻值电阻二、实验内容1.用运算放大器设计一个回转器电路并推导其基本方程。

回转器

0 C
1
，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
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。
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：
i1 gu2 或 u1 i2 i2 gu1 u2 i1
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。
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

专题二、回转器、旋转器电路的设计 (提供一份旋转器的参考资料)

专题二、回转器、旋转器电路的设计摘要：本文简要地介绍了一种回转器和旋转器电路的设计方法，并对所设计的电路进行了研究。

例如测定了回转器的基本参数g ，旋转器的旋转特性的验证，得到了较好的实验结果。

关键字：回转器、旋转器、运算放大器。

引言：回转器是一种无源且非互易的二端口元件。

可以用含晶体管或运算放大器的电路来实现。

回转器可以把１μＦ的电容“回转”成１Ｈ的电感，这在工程上有重大意义。

因为在微电子器件中电容容易集成，而电感难以集成，利用回转器和电容来模拟电感是解决问题的一个重要途径。

旋转器和变标器、反照器及变换器均属线性转换器。

这类器件可以完成输入端和输出端的特性变换。

利用这种变换，可以从目前常用的非线性电阻器等元件产生出许多新的非线性元件，为工程上非线性元器件提供了来源。

实验原理：理想回转器端口的电流、电压关系可用下列方程来表示：｛1221gu i gu i -== 或｛1221ri u ri u =-=1. 回转器：设计一个回转器电路，测量其基本参数g （有数据组）。

将负载电容 “回转”成一个电感量为0.1H ～1H 的模拟纯电感，用实验的方法验证该模拟量的电感特性及电感量准确性，并与理论值进行比较。

然后，研究它的频率特性（十组数据）。

回转器是一种有源非互易的新型二端口网络元件，可以用含晶体管或运算放大器的电路来实现。

理想回转器端口的伏安关系为式中，g 和r 分别称为回转器的回转电导和回转电阻，其单位分别是S 和，统称为回转常数，且有g=1/r 。

回转器的一端口电压（或电流）可用另一端口电流（或电压）表示。

回转器具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一个端口电流（或电压）的能力。

回转器的一个重要用途是可以把电容“回转”成电感，或反之。

（1）测定g ；（2）将负载电容 “回转”成一个电感量为1H 的模拟纯电感；（3）用实验的方法验证该模拟量的电感特性及电感量准确性，并与理论值进行比较；（4）研究频率特性；2. 旋转器：设计一个θ= - 15°到 - 80°的旋转器，定标系数R=0．5K Ω～2 K Ω。

回转器的设计

回转器的设计一: 实验原理 1 负阻抗变换器用运算放大器运算放大器构成的电流反向型负阻抗变换器:图（一）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Z 1上的端电压和电流的参考方向，有，因此从输入端U 1看入的输入阻抗。

因此，U 2端的负载阻抗Z 1通过负阻抗变换器，在U 1端可等效为负阻抗（－Z 1），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：++ -T=U 2 Z 11u 0130240u u i R u i R =-=-p n u u =12u u =13i i =24i i =12i i =..221U I Z =-..121..12in U U Z Z I I===-图（二）2 回转器图（三）或 r：回转电阻 g:回转电导，且 r = 1/g图（四）当时：即:通过回转器“回转”后，其等效电感为L=r^2·C。

用负阻抗变换器实现回转器：图（五）根据负阻抗变换器的特性，3－3’端口的输入阻抗的并联值，即：4--4’端口的阻抗与R的串联值，即：1--1’端口的阻抗与R的并联值，即：回转电阻r=R.二：实验仪器和设备数字示波器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只运算放大器 2只三：实验内容及步骤1 回转电导的测量（1）实验线路：图（六）正弦激励源，电压Us=3V f=1kHz 输出端接可调电阻箱RL 下图中R取100Ω虚线部分：图（七）图（八）（2）实验数据：g=0.0099998s测量相对误差：go=0.01E =(|g-go|)/go*100%=(0.01-0.0099998)/0.01*100%=0.002%从测试记录可知， g’和g’’的值都非常接近0.01，以至g也非常接近0.01（即：1/R），所以可以认为该电路图设计的是比较成功的，与理论所算的电导值是符合的。

lin实验42知识资料回转器

//(R)
RZ L ZL R
➢ 通过第一个负阻抗变换器的等效变换，回转器的输入阻抗为
R2 Zi R //[(Z AB R)] ZL
回转器的典型应用
➢ 用模拟电感可以组成一个RLC并联谐振电路，如图所示，并联电路的幅频特性为
U ( )
1
1 R2
(C
1 )2
L
➢ 当电源角频率为 0 1/ LC 电路发生并联谐振
测量等效并联谐振电路的特性
➢ 实验电路如图所示。图中未注电阻为R=1KΩ。接在2-2’ 端的0.01μF的电容经回转器等效成为10mH的电感，于是，实验电路等效成为1KΩ电阻、1μF电容、10mH电感的并联谐振电路。将函数信号发生器设置为峰峰值0.5V 的正弦波，通过改变频率测量谐振特性。
实验42 回转器
一、实验目的二、原理三、实验仪器和器材四、实验内容及步骤
一、实验目的
1. 学习并掌握回转器的电路组成、基本工作原理和基本特性
2. 掌握回转器参数的测试方法 3. 了解回转器的典型应用
二、原理
1. 理想回转方法 3. 回转器电路 4. 回转器的典型应用
理想回转器的电路模型
➢ 理想回转器是一个二端口网络, 电路模型如图所示。
➢ 回转器可以将一个端口上的电压 “回转”为另一个端口上的电流,用Y参数矩阵方程描述式中g称为回转电导,具有电导量纲
➢ 回转器也可以将一个端口上的电流“回转”为另一个端口上的电压,用Z参数矩阵方程描述式中r称为回转电阻,具有电阻的量纲;回转电导g和回转电阻r统称回转常数
g2)
➢ 回转器可以用两个电流控制电压源构成，如图所示。同样由于实际电路参数不可能完全对称，可以将Z参数矩阵方程改写为

5回转器电路仿真

仿真实验五回转器的研究一、实验目的：1、了解回转器的基本电特性及其运算放大器实现办法。

2、掌握回转器参数的测试方法并了解其应用。

二、实验原理：理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，如下图所示为回转器的电路模型：作为理想的二端口网络，其端口电流、电压关系可表示为：1221i gu i gu =⎧⎨=-⎩或写为：2112u ri u ri =⎧⎨=-⎩其中，具有电导量纲，称为回转电导；具有电阻量纲，称为回转g r 电阻，他们均为常数，亦称为回转常数，且。

1g r =用矩阵形式表示上面的方程，写为112211220000i u g i g u u i r u r i ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦-⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦因为，所以理想回转器是非互易的，不满足互易定12211221,Z Z Y Y ≠≠理。

同时由上述方程又可看出，回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质。

如在上图的输出端接一负载阻抗则输入阻抗为：2Z i Z 212221222111i I U g Z g Z I gU U g I ∙∙∙∙∙∙-====⎛⎫- ⎪⎝⎭上式中，当（端口2开路），（端口1短路），当2Z →∞0i Z →（端口2短路），（端口1开路）。

如故取，则20Z →i Z →∞21Z j Cω=，可见。

称回转器的这种性质为阻抗倒置性。

2i C Z j g ω=j L ω=2C L g =回转器了利用多种电路实现，如运算放大器、受控源等等，先使用运算放大器电路构成回转器，其设计电路如下图所示：由上图电路进行理论计算：3301112011244340222602267711R R U U U U U U U R R R R U U U R U U R R R ⎧⎛⎫--⎧=+-=⎪ ⎪⎪⎝⎭⎪⎪⇒⎨⎨-⎛⎫⎪⎪==+ ⎪⎪⎪⎩⎝⎭⎩331011112114224122022162212454475111R R U U U i U U i R R R R R R R U U U U R i i U U R R R R R R ⎧⎛⎫-⎧=-+=+⎪ ⎪⎪⎝⎭⎪⎪⇒⎨⎨--⎛⎫⎪⎪=+=-+- ⎪⎪⎪⎩⎝⎭⎩ 根据上图中数据，所有电阻均为，则有：1k Ω3314224116224475111R R R R R R R i U R i U R R R R ⎡⎤-⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦--⎢⎥⎣⎦1122101000101000i U i U ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤⇒=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥-⎢⎥⎣⎦可知，或11000g s =1r k =Ω 即当在输出端接入电容值为的电容时，输入端处相当于接入了大C F μ小为的电感。

回转器电路设计(完整版,包括pspice仿真电路以及实验大数据)

航空航天大学电路实验报告回转器电路设计姓名：李根根学号：031220720目录一、实验目的 (2)二、实验仪器 (2)三、实验原理 (2)四、实验要求 (3)五、用pspice软件进行电路仿真并分析 (5)六、实验容 (9)七、实验心得 (11)八、附件（Uc – f 图） (12)一、实验目的1．加深对回转器特性的认识，并对其实际应用有所了解。

2．研究如何用运算放大器构成回转器，并学习回转器的测试方法。

二、实验仪器1．双踪示波器2．函数信号发生器3．直流稳压电源4．数字万用表5．电阻箱6．电容箱7．面包板8．装有pspice软件的PC一台三、实验原理1．回转器是理想回转器的简称。

它是一种新型、线性非互易的双端口元件，其电路符号如图所示。

其特性表现为它能够将一端口上的电压（或者电流）“回转”成另一端口上的电流（或者电压）。

端口变量之间的关系为I1 = gu2 u1 = -ri2I2 = gu1 u2 = ri1式子中，r，g称为回转系数，r称为回转电阻，g称为回转电导。

2．两个负阻抗变换器实现回转器图中回转电导为:四、实验要求先利用pspice软件进行电路仿真，（提示：仿真时做瞬态分析，信号源用Vsin ，做频率分析时，信号源用VAC）然后在实验室完成硬件测试：1．用运算放大器构成回转器电路（电路构成见实验教材p216图9-24，其中电阻R的标称值为1000Ω），测量回转器的回转电导。

2．回转器的应用——与电容组合构成模拟电感。

3．用电容模拟电感器，组成一个并联谐振电路，并测出谐振频率以及绘制其Uc~f幅频特性曲线。

具体要求：1．回转器输入端接信号发生器，调得Us=1.5V(有效值)，输出端接负载电阻RL=200Ω，分别测出U1、U2及I1，求出回转电导g。

试回答改变负载电阻以及频率的大小对回转电导有何影响？2．回转器输出端接电容，C分别取0.1μF和0.22μF，用示波器观察频率为500Hz、1000Hz 时U1和I1的相位关系，解释模拟电感是如何实现的。