负阻抗变换器及其应用试验目的了解负阻抗变换器的组成原理
负阻抗变换器及其在电路实验中的应用
负阻抗变换器及其在电路实验中的
应用
负阻抗变换器是一种用来将正阻抗转换为负阻抗的装置，它可以利用相对较小的正阻抗来模拟较大的负阻抗。
一般来说，它会使用一些特殊的半导体或其他元器件来实现这种变换，从而能够提供准确的、可靠的变换。
负阻抗变换器通常应用于电路实验，在这里它可以用来模拟不同的正阻抗值，从而使测试更加准确有效。
负阻抗变换器的原理很简单，它使用一个晶体管或双极型三极管作为主要的变换元件，并通过将正阻抗接入到其中实现变换。
当正阻抗接入时，晶体管就会产生一个负压差，这也就意味着正阻抗被变换成了负阻抗。
因此，负阻抗变换器就可以用来将正阻抗转换为负阻抗，从而使测试测量更加准确有效。
负阻抗变换器在电路实验中被广泛使用，它可以用来模拟不同的正阻抗值，从而使测试更加准确有效。
它们可以用来测量和分析一个电路的特性，如电流、电压、阻抗和其他参数。
此外，它们还可以用来模拟电路中某个元件的特性，如电容、电阻、变压器等，从而可以帮助我们更好的理解电路的工作原理。
因此，负阻抗变换器在电路实验中被广泛使用，它可以用来模拟不同的正阻抗值，从而使测试更加准确有效。
它可以用来测量和分析一个电路的特性，以及模拟电路中某个元件的特性，从而可以帮助我们更好的理解电路的工作原理。
实验十二负阻抗特性的研究(精)
沈阳建筑大学信息学院实验中心 3
实验十二
实验原理：
负阻抗特性的研究
300
R4 8 100 3 UIA
R1
+
1
ZL
+
us
100 R2 R3
2
+
4 LF353H
-
1K图12-1 负阻抗变换器理图沈阳建筑大学信息学院实验中心
4
实验十二
实验内容：
负阻抗特性的研究
观测负阻元件的伏安特性 含负阻元件的暂态电路的分析
沈阳建筑大学信息学院实验中心
5
实验十二
实验注意事项：
负阻抗特性的研究
在做实验内容(1)时，应将电源由小到大变 化；在实验内容3.2中，注意电源的幅值不 要超过要求值。
在实验内容（2）中，观测临界状态时，要
仔细改变R1的值，以保证测量的准确度。
沈阳建筑大学信息学院实验中心 6
实验十二
实验思考题：
实验十二 负阻抗特性 的研究
信息学院电路实验室
沈阳建筑大学信息学院实验中心
1
实验十二
负阻抗特性的研究
实验目的 实验原理 实验内容 实验注意事项 实验思考题
沈阳建筑大学信息学院实验中心
2
实验十二
实验目的：
负阻抗特性的研究
加深对负阻抗概念的认识，掌握测定负 电阻伏安特性的方法。
了解负阻抗元件在电路中的应用，扩展
负阻抗特性的研究
结合实验(1)的内容，讨论负电阻与
正电阻串联、并联时，等效电阻的计算 方法。
沈阳建筑大学信息学院实验中心
7
负阻变换器实验报告
负阻变换器实验报告1. 引言负阻变换器是一种常见的电路，用于将一个正阻抗转换为对应的负阻抗。
在本实验中，我们将通过搭建电路并进行测量，验证负阻变换器的原理和性能。
2. 实验目标本实验的主要目标是：•理解负阻变换器的工作原理；•掌握搭建负阻变换器电路的方法；•测量并分析负阻变换器的性能。
3. 实验原理负阻变换器的原理基于电路中的负反馈。
通过适当的电路配置，可以将输入电压与输出电流之间的关系转换为输入电压与输出电压之间的关系，从而实现正阻抗到负阻抗的转换。
在负阻变换器电路中，常用的元件是负电阻元件，它的电流与电压之间的关系为负值。
负电阻元件可以通过搭建激励电路和测量电路的方式实现。
4. 实验步骤4.1 准备工作在进行实验之前，需要准备以下实验器材和元件：•信号发生器•电阻箱•电压表•电流表•连接线•电源4.2 搭建电路根据负阻变换器的电路图，使用连接线和元件搭建电路。
确保电路连接正确，电阻和电源的数值符合实验要求。
4.3 测量电路参数使用信号发生器提供输入信号，并分别测量输入电压和输出电压。
通过电压表和电流表测量电压和电流的数值。
4.4 分析实验结果根据测量得到的数据，计算输入电压与输出电压之间的关系，并绘制相应的图表。
通过图表分析，可以判断负阻变换器的性能。
5. 实验结果与讨论在本实验中，我们使用了负阻变换器电路，搭建了相应的实验装置，并测量了输入电压和输出电压的数值。
通过计算和图表分析，可以得到实验结果。
根据实验测量的数据，我们可以看到输入电压与输出电压之间存在线性关系，且斜率为负值。
这说明我们成功地将正阻抗转换为了负阻抗。
6. 结论本实验通过搭建负阻变换器电路并测量实验数据，验证了负阻变换器的原理与性能。
实验结果显示，负阻变换器能够将正阻抗转换为对应的负阻抗。
通过本实验的实践操作，我们对负阻变换器的工作原理有了更深入的理解，并掌握了搭建和测量负阻变换器电路的方法。
7. 参考文献[1] 张三. 电路原理与应用. 北京: 清华大学出版社, 2010.[2] 李四. 电子电路设计导论. 北京: 人民邮电出版社, 2012.[3] 王五. 电路实验指南. 北京: 高等教育出版社, 2015.。
负阻抗变换器和回转器的设计
负阻抗变换器和回转器的设计摘要 本文简要介绍了负阻抗变换器（NIC ）和回转器的原理，通过实验研究NIC 的性能，并应用NIC 性能作为负内阻电源研究其输出特性，还将这负电阻应用到R LC 串联电路中， 从中观察到除过阻尼、临界阻尼、负阻尼外的无阻尼等幅振荡和总电阻小于零的负阻尼发散震荡；并且利用负阻抗变换器实现回转器，进而利用回转器将电容回转成模拟纯电感,还利用模拟的电感组成RLC 并联谐振电路。
关键字 负阻抗变换器 运算放大器 二端口网络 回转器 回转电导 模拟电感 并联谐振1.负阻抗变换器的原理负转换器是一种二端口网络，通常，把一端口处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把另一端口’处的U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如下图中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种， 电路图分别如下图的（a ）（b ）所示：图中U 1和I 1称为输入电压和输入电流， U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图1-1、1-2中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于INIC ，有U 1 =U 2 ；I 1=( 1K -)（2I -）式中K 1为正的实常数，称为电流增益。
由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。
换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。
对于VNIC ，有U 1= 2K - U 2 ； I 1 = 2I -式中K 2是正的实常数，称为电压增益。
由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。
电路分析实验报告
电压源与电流源的等效变换一、实验目的1、 加深理解电压源、电流源的概念。
加深理解电压源、电流源的概念。
2、 掌握电源外特性的测试方法。
掌握电源外特性的测试方法。
二、原理及说明1、 电压源是有源元件，电压源是有源元件，可分为理想电压源与实际电压源。
可分为理想电压源与实际电压源。
可分为理想电压源与实际电压源。
理想电压源在一定的电流理想电压源在一定的电流范围内，具有很小的电阻，它的输出电压不因负载而改变。
而实际电压源的端电压随着电流变化而变化，压随着电流变化而变化，即它具有一定的内阻值。
即它具有一定的内阻值。
即它具有一定的内阻值。
理想电压源与实际电压源以及理想电压源与实际电压源以及它们的伏安特性如图4-1所示所示((参阅实验一内容参阅实验一内容))。
2、电流源也分为理想电流源和实际电流源。
理想电流源的电流是恒定的，理想电流源的电流是恒定的，不因外电路不同而改变。
不因外电路不同而改变。
不因外电路不同而改变。
实际电流源的电流与所联接实际电流源的电流与所联接的电路有关。
当其端电压增高时，通过外电路的电流要降低，端压越低通过外电路的电流越大。
实际电流源可以用一个理想电流源和一个内阻R S 并联来表示。
图4-2为两种电流源的伏安特性。
流源的伏安特性。
3、电源的等效变换一个实际电源，尤其外部特性来讲，可以看成为一个电压源，也可看成为一个电流源。
两者是等效的，其中I S =U S /R S 或或 U S =I S R S图4-3为等效变换电路，由式中可以看出它可以很方便地把一个参数为U s 和R s 的电压源变换为一个参数为I s 和R S 的等效电流源。
同时可知理想电压源与理想电流源两者之间不存在等效变换的条件。
之间不存在等效变换的条件。
三、仪器设备电工实验装置电工实验装置 ： DG011 DG011、、 DG053 DG053 、、 DY04 DY04 、、 DYO31四、实验内容1、理想电流源的伏安特性1)1) 按图4-4(a)4-4(a)接线，毫安表接线使用电流插孔，接线，毫安表接线使用电流插孔，接线，毫安表接线使用电流插孔，R R L 使用1K Ω电位器。
负阻变换器电路的设计与实现
负阻变换器电路的设计与实现内容摘要：负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用。
负阻抗的产生除某些非线性组件（如隧道二极管）在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外，一般都由一个有源的双端口网络来形成一个等值的线性负阻抗。
根据伏安特性的不同，具有负阻的器件可分两大类；一类是伏安特性其电流随电压单值变化，当电压升高到一定值时，电流反而迅速下降，这一段电压升高，电流反而下降的特性称为电压控制型负阻特性，它等效的交流电源类似于交流恒压源，如隧道二极管等器件就具有这类特性。
另一类的伏安特性电压随电流单值变化，当电流升高到一定值时，电压反而下降，这一段电流升高，电压反而下降的特性称为电流控制型负阻特性，它等效的交流电源类似于交流恒流源，如单结晶体管、工作于雪崩击穿压的晶体三极管等器件具有这类特性。
另外，由晶体三极管、场效应管等器件的输出特性曲线可知，其负载线的斜率也为负值，所以有源器件也呈现负阻特性，当有源器件构成放大器时，它能向负载提供能量。
在本文中，简单介绍了一下集成运算放大器的基本知识，它的一些简单应用电路和负阻器件的工作原理；主要讲述了由运算放大器组成的负阻变换器的设计，工作原理，类型，伏安特性和应用。
关键字：运算放大器负阻抗 EDA 仿真分析模拟电路负阻抗变换器Negative impedance converter circuit design andImplementationAbstract：The negative resistance is an important basic concepts of circuit theory, there is a wide range of applications in engineering practice.There is the emergence Of negative impedance except for some non-linear components (such as tunnel diodes) that shows negative resistance characteristics. Generally, negative resistance is formed in this form of the linear equivalent negative impedance by a powerful network Of dual-port.Depending on the volt-ampere characteristic,with a negative resistance device can be divided into two categories,one is the volt-ampere characteristic current with the voltage of a single value changes when the voltage rises to a certain value,the current but the rapid decline,this period of voltage lcurrent reduction rather than the characteristics referred to as voltage-controlled negative resistance characteristics,which is equivalent to the AC power is similar to the AC voltage source,such as tunneling diodes and other devices with such features.Voltammetric characteristics of the other voltage changes with the current single-valued,when the current increased to a certain value,the voltage drop it,this period of increased current and voltage characteristics of a reduction rather than as current-controlled negative resistance characteristics,it is equivalent AC power is similar to the exchange of the constant current source,such as single-junction transistors,working in the avalanche breakdown voltage of the three reported crystal devices,etc.with such characteristics.In addition,the transistor,the output characteristics of FET devices curve indicated that the load line slope is negative,so the active devices have shown a negative resistance characteristics of an active device amplifier,it can loadenergy.In this article, it introduces the Integrated operational Amplifier basic knowledge.Some of its simple application circuit and negative resistance elements how works. It is mainly about the negative resistance converter design,principle,type,V oltage and current relations and applications.Keyword：O perational Amplifier Negative impedance EDA Simulation Analysis Analog circuit Negative impedance converter目录前言 (1)1 运算放大器 (1)1.1 运算放大器的背景 (2)1.2 运算放大器的原理 (2)1.3 运算放大器的主要参数 (3)1.4 运算放大器的应用 (5)1.5 含运算放大器的电阻电路分析 (5)1.5.1 电压跟随器 (5)1.5.2 反相放大器 (6)1.5.3 负阻变换器 (7)2 阻变换器电路设计与实现 (8)2.1 负阻变换器的概念 (8)2.2 负阻变换器的原理 (8)2.3 负阻变换器的类型 (10)2.4 负阻测量 (13)2.4.1 测量负阻阻值 (14)2.4.2 测量负阻的伏安特性 (15)2.4.3 电路仿真 (15)2.5 负阻变换器的负阻特性测量 (19)2.5.1 数据记录及分析 (20)2.5.2 特性曲线图 (21)2.6 负阻变换器的特性测量观察 (21)2.7 运算放大器负阻变换器的性能仿真 (23)2.7.1 数据记录及分析 (24)2.7.2 分析结果 (25)2.8 负阻变换器的电路实现及PCB板的印制 (25)2.8.1 电路实现 (26)2.8.2 PCB板的印制 (26)2.9 负阻变换器的实物图 (27)3 结束语 (27)参考文献 (28)负阻变换器电路的设计与实现前言负阻概述常见的电阻，不论线性电阻还是非线性电阻，都属于正电阻。
负阻元件的设计与应用实验
负阻元件的设计与应用实验【摘要】在电路理论中，负阻元件在电子电路中主要用来产生振荡，其特性曲线都是严重非线性的。
负阻元件典型的应用是间歇振荡，在缺乏高效供电时尤其有用。
负阻振荡器结构简单、体积小、成本低，所以在一些需要初始触发时经常使用。
【关键词】负阻元件;二极管;运算放大器;负阻抗;负阻抗变换器;振荡器负阻元件在电子电路中主要用来产生振荡，其特性曲线都是严重非线性的。
负阻元件大都为两端器件，做振荡器时可代替多端有源器件，如三极管等。
负阻元件典型的应用是间歇振荡，在缺乏高效供电时尤其有用。
负阻振荡器结构简单、体积小、成本低。
常用的双向触发二极管，其特性曲线就有典型的负阻区，所以在一些需要初始触发时经常使用。
一、负阻元件负阻元件是一种电阻值为负值的元件，目前还没有研制出这种元件，只是理论推测应该存这样一种二端电路元件。
下面从电路变量的约束关系给出具体推测过程。
元件的基本变量如端电压U，端电流i和与此相关的变量如元件两端电荷q及其中磁通&，在理想电路元件中，R、L、C元件已为我们所熟悉，从变量约束关系的完备性及对称性推断，还应存在一种理想电路元件，在变量q与&之间建立起一种约束关系，即f（q、&、t）=O。
这就是“负阻元件”目前人们预它将是发现和应用得最迟的一种基本二端元件。
1.基本特性负阻特性也称为负微分电阻特性，是指一些电路或电子元件在某特定的电流增加时，电压反而减少的特性。
一般的电阻在电流增加时，电压也会增加，负阻特性恰好与电阻的特性相反。
电压随电流变化的情形可以用微分电阻（differential resistance）r表示：r=dV/dI没有一个单一的电子元件，可以在所有工作范围都呈现负阻特性，不过有些二极管（例如隧道二极管（英语：tunnel diode））在特定工作范围下会有负阻特性。
用共振隧道二极管（英语：resonant-tunneling diode）说明其负阻特性。
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。
负阻抗变换器和回转器的设计
负阻抗变换器和回转器的设计摘要本论文详细地推导了利用运算放大器实现的负阻抗变换器和回转器的原理，并根据原理设完成了负阻抗变换器和回转器的设计以及实验验证和分析，实验过程是通过利用Multisim 软件进行的电路仿真，并在本章中给出了实验方法和具体的实验数据以及仿真过程中的真实截图，实验中的数据通过表格的方式给出，并绘制了曲线图。
关键词 运算放大器 负阻抗变换器 回转器引言 负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用。
负阻的产生除某些非线性元件在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。
该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器。
回转器有把一个端口上的电流“回转”为另一端口上的电压或相反过程的性质。
正是由于这一性质，使回转器具有把一个电容（ 电感）回转为一个电感（ 电容）的本领。
用电容元件来模 拟电感器是回转器的主要应用之一，特别是模拟大电感量和低损耗的电感器。
正文1. 设计要求（1）用运算放大器设计一个负阻抗变换器电路，研究其端口关系。
（2）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，并于理论值进行比较。
2. 设计原理（1）用运算放大器组成电流倒置型负阻抗变换器的原理。
Z L+-U 2z i.+-.U .1.(b)+-（a ）图1 电流倒置型负阻抗变换器图1（a ）虚线框所示的电路是一个用运算放大器组成的电流倒置型负阻抗变换器，（b ）、(c)为其等效电路及电路符号。
由于运放“+”端和“—”端之间为虚短路，且运放的输出阻抗为无穷大，故有：Up Un = 即 12U U =而运放的输出电压0U 为：0131242U U I R U I R -=-= 得： 3142I R I R = 又因： 13I I =，24I I = 得：1122I R I R = 根据图6-4-2-1所示的2U 与2I 的参考方向可知：22LU I Z =-因此电路的输入阻抗：12121221L L in U U R Z Z KZ R I R I R =-===- 12R K R =称为电流增益负阻抗变换器的电压电流及阻抗关系如下：21U U =，21I KI =，L in Z KZ =-，以上关系既是负阻抗变换器的T 参数方程。
负阻抗变换器及其应用
双踪示波器观察并记录Ｕ1与I１以及Ｕ2与I2的相位差。 为了测量到I１，信号源需串联一个100~200Ω的电阻，通
过测量电压间接获取电流。
电工技术实验课程团队
示波器公共地
电工技术实验课程团队
Ｕ1用示波器CH1测量，I１用示波器CH2测量。示波器的接地端( 鳄鱼夹）接地端。通过光标法，读取Ｕ1与I１的相位差。注意
R=500Ω L=15mH
阻抗角 -174.64°
五、实验注意事项 1、整个实验中应使Ｕ１=（0～1）V。
2、防止运放输出端短路。
电工技术实验课程团队
六、实验报告要求
1、根据表9-2-1中的数据，完成计算，并绘制负 阻特性曲线。 2、根据实验2的数据，解释观察到的现象，说明 负阻抗变换器实现阻抗变换的功能。 3、回答思考题。
I１平均(mA) I１平均(mA)
（3）计算等效负阻抗。
实测值：R-=U1平均/I1平均。
理论计算值：
R '
KZ L
10 3
RL
电流增益： K R1 / R2
电工技术实验课程团队
2、阻抗变换及相位观察
（1）用0.2μＦ的电容器串联一500Ω电阻取代ZL，电容另外 一端接实验箱ZL的正端，电阻的另外一端接ZL的负端。
可见，电容通过负阻抗变换器呈现电感性质，而电
感通过负阻抗变换器呈现电容性质。
，
电工技术实验课程团队
三、实验设备
1、负阻抗变换器实验箱
电工技术实验课程团队
2、电流测试线
电工技术实验课程团队
3、正负12V电源
电工技术实验课程团队
4、元件
电工技术实验课程团队
实验二十七负阻抗变换器的研究
实验二十七负阻抗变换器的研究1实验目的1.加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻抗器件电路的分析方法。
2.了解负阻抗变换器的工作原理及其运放实现。
3.掌握负阻抗变换器的各种测试方法。
2实验器材1.QY-DT01电源控制屏2.直流稳压电源3.函数信号发生器4.QY-DG05通用电路实验模块5.QY-DG14受控源／回转器／负阻抗变换器实验模块6.示波器3实验原理1.负阻抗是电路理论中一个重要基本概念，在工程实践中广泛的应用。
负阻抗的产生除某些线性元件(如燧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等值的线性负阻抗。
该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器(NIC)。
按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系，可分为电流倒置型和电压倒置型两种（INIC及VNIC），电路模型如图1 所示。
图1负阻抗变换器电路模型理想情况下，两种负阻抗变换器的电压、电流变换关系为：（1） 对于INIC 型：12U U = , 21I KI = (K 为正的常实数电流增益) （公式1）（2） 对于VNIC 型： 211U K U =- ， 21I I =- (K 1为电压增益) （公式2）由（公式1）可见，输入电压1U 经传输后等于输出电压2U ，大小和极性均未改变，但电流1I 经传输后变为2KI ，即大小和方向都变了，故名电流倒置型；由式（公式2）可见，经传输后，21I I =-，但电压的大小和正负极性都变了，故名电压倒置型。
2. 阻抗变换作用今在NIC 的输出端接以阻抗Z L ，如图26-2所示，则其输入阻抗可由（式1）求得：1221112121()i L U U U Z Z K I K I K I ====---或由（式2）可得122212i L U K U Z K Z I I -===--图2阻抗变换原理图可见Z i 为Z L 的（-1/K 1）倍或（-K 2）倍，即把正阻抗Z L 变换成了负阻抗，亦即能把R ，L ，C 元件分别变换为-R/K 1，L /K 1，C/K 1（或-K 2R ，-K 2L ，-K 2C ），故名负阻抗变换器。
实验14(8)负阻抗变换器及其应用
EWB仿真实验 EWB仿真实验
2、阻抗变换及相位观察 、
七、试验报告
1、完成计算与绘制特性曲线 2、总结对INCI的认识 3、心得体会及其它
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谢
谢
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1
1
一般可分为电流反向型和电压反向型 + 两种，电流反向型的模型如图14--1所示。 ɺ 所示。 两种，电流反向型的模型如图 所示 U1 − 其电压、电流关系为： 其电压、电流关系为：
I2
2
+
ɺ (k + 1) I 2
ɺ U2
−
2'
ɺ ɺ U1 = U 2
ɺ ，I1
ɺ = kI 2
为电流增益） （k为电流增益） 为电流增益
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1、负阻抗变换器 、 负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念， 负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，负阻抗的产生除 某些非线性元件（如隧道二极管） 某些非线性元件（如隧道二极管）在某个电压或电流的范围内具 有负阻抗特性外， 有负阻抗特性外，一般都由一个有源二端口网络来形成一个等值 的线性负阻抗。这样的网络就是负阻抗变换器。 的线性负阻抗。这样的网络就是负阻抗变换器。 Iɺ ɺ
ɺ ɺ ɺ ɺ I1 = I3 I2 = I4 ɺ ɺ I1Z1 = I 2 Z 2
（虚短路） 虚短路）
+
Zi
ɺ U1
−
Z1
ɺ I1
∞
+
Z2
−
ɺ I2
+ ɺ U −
+
（虚开路） 虚开路）
负阻抗变换器
Z1 / Ω u1 / V i1 / mA 理论值
等效电阻
1000
1200
1400
1600
1800
2000
/
测量值
2. 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51 ，负载Z1取 1k ，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。
实验结果分析
1. 用无源元件能实现线性定常的负阻吗？ 答：不能。 2. 负阻抗元件在工作时是吸收还是发出功率？它 的能量从何而来？ 答：负阻抗元件在工作时是发出功率的，它的能量 由运算放大器提供。
实验相关知识
预习知识及要求 相关知识点 注意事项
预习要求
1. 预习运算放大器的工作原理。 2. 预习用运算放大器构成负阻抗变换器的基本原理。 3. 预习二阶电路的构成及其特性。
七、实验结果分析 1．电阻经负阻抗转换器后，电阻成为负阻。 2．容性负载经负阻抗转换后变成感性负载。
R
＋
R0
R0
US
C
RS
L
UC
图5.15.4 RLC串联阶跃响应电路
d ( −i1 ) 1 Rs (−i1 ) + L + ∫ (−i1 ) dt + i2 R = us dt C −∞
复阻抗变换
右图所示的电路是一个由运算放大器组成的电 流倒置型复阻抗变换器（NIC）
其中R1= R 2 = Z L =100 Ω
U 为幅值为2，频率为50 HZ的正弦波
1
电流倒置型复阻抗变换器
设运算放大器是理想的R1= R 2, 此时有U 1=U 2 ，运算放大器的输出电压U 0为：
U U I R =U - I R U U U U I= I R R U I Z 因此抗Z 为复阻抗
0 1 1 1 2 2 2 1 0 2 0 1 1 2 2 2 L i 1 2 i L 1 2 i
2
三、仿真实验
（1） 用电压表、电流表 测量复阻抗的数值
电路如右图所示，接入电压表 与电流表，测出对应的 U、I 数值，计算负阻值；
（2） 用示波器观察和测量 负阻元件 电路如右图所示，可以观察到
电压与电流的波形相位上相差 180 度，从而可以证明这个电路是负阻 抗变换器。
（1） （2） （3） 利用计算机分析复阻抗变换器 获得复阻抗器件的感性认识 了解复阻抗变换器的一些特性
二、 原理图以及理论分析
负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用。负阻抗 的产生除某些非线性元件 （如隧道二极管）在某个电压或电流的范围内具有负阻 抗特性外， 一般都有一个有源双网络来形成一个等值的线性负阻抗。该网络由线 性集成电路组成，这样的网络称作负阻抗变换器。 按有源网络输入电压和电流 与输出电压和电流的关系， 可分为电流反向型和电压反向型两种 （INIC 及 VNIC） ， INIC 的电路模型如图 14--1 所示。
电压波形
电流波形
四、 实验心得
通过负阻抗变换器的实验，我学会了用运算放大器来模拟负阻抗变换器，若 ZL 为一纯电阻元件的负载阻抗， 则负载阻抗变换器输入端可以等效为一个纯电阻元 件，负电阻-R 表示，其特性曲线是一条直线，当输入电压 u 是一正弦波时，由 于负阻特性，输入端电流与电压波形正好相反。此外利用负阻抗变换器，可以实 现用电阻电容元件来模拟电感器，对输入端而言电路等效为一个电感量为 L=R2 C 的有损电感器。如下图所示
负阻抗电路
负阻抗电路负阻抗电路是一种特殊的电路，它具有与传统电路相反的特性。
在负阻抗电路中，电流和电压之间的相位差为180度，电流的方向与电压的方向相反。
负阻抗电路在某些特定的应用中具有重要的作用，本文将对负阻抗电路的原理、特性以及应用进行详细介绍。
我们来了解一下负阻抗的概念。
在传统的电路中，电压和电流之间存在着电阻的关系，即电压等于电流乘以电阻。
而在负阻抗电路中，电压和电流之间的关系则相反，即电压等于电流乘以负阻抗。
这意味着负阻抗电路中的电流和电压方向是相反的，而且电流和电压之间的相位差为180度。
负阻抗电路可以通过多种方式实现，其中一种常见的方式是使用负阻抗元件。
负阻抗元件是一种特殊的元件，它具有负阻抗的特性。
在负阻抗电路中，负阻抗元件起到了关键的作用，它可以改变电路的特性，使得电压和电流之间呈现出负阻抗的关系。
负阻抗电路具有一些独特的特性。
首先，负阻抗电路的输入功率可以为负值。
在传统的电路中，输入功率等于电流乘以电压，而在负阻抗电路中，由于电流和电压方向相反，所以输入功率为负值。
这意味着负阻抗电路可以吸收功率，而不是像传统电路那样消耗功率。
负阻抗电路可以实现无限的增益。
在传统的电路中，增益是有限的，但在负阻抗电路中，由于电流和电压方向相反，所以可以实现无限的增益。
这使得负阻抗电路在放大信号、增加电路的灵敏度等方面具有重要的应用价值。
负阻抗电路还具有良好的稳定性和抗干扰能力。
由于负阻抗电路可以吸收功率，所以它对外界的干扰信号具有良好的抑制作用。
同时，负阻抗电路的输入和输出之间不存在反馈环路，使得电路更加稳定可靠。
负阻抗电路在许多领域具有广泛的应用。
在通信领域，负阻抗电路可以用于信号放大和滤波器设计，提高通信系统的性能。
在医学领域，负阻抗电路可以用于生物电信号的放大和处理，帮助医生进行诊断和治疗。
在能源领域，负阻抗电路可以用于能量回收和节能控制，提高能源利用效率。
负阻抗电路是一种特殊的电路，它具有与传统电路相反的特性。
电路分析实验五 负阻抗变换器的研究
实验五 负阻抗变换器的研究一、实验目的1． 了解负阻抗变换器的原理及其运放实现。
2． 通过负阻器加深对负电阻(阻抗)特性的认识,掌握对含有负阻的电路的分析测量方法。
二、实验原理负阻抗变换器(NIC)是一种二端口器件，如图5—1所示。
图5—1通常，把端口1—1’处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把端口2—2’处的U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图5—1中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(CNIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于CNIC ，有U 1 =U 2 I 1=( 1K -)〔2I -〕式中K 1为正的实常数，称为电流增益。
由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。
换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。
对于VNIC ，有U 1= 2K - U 2 I 1 = 2I -式中K 2是正的实常数，称为电压增益。
由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。
假设在NIC 的输出端口2—2’接上负载Z L ，那么有U 2= -I 2Z L 。
对于CNIC ，从输入端口1—1’看入的阻抗为L in Z K I K U I U Z 12121111-===对于VNIC ，从输入端口1—1`看入的阻抗为L in Z K I U K I U K I UZ 2222222111-==--==假设倒过来，把负载Z L 接在输入端口1—1’，那么有U 1=-I 1Z L ，从输出端口2—2’看入，对于CNIC ，有L in Z K I U K I K U I U Z 11111112221-====对于VNIC ，有L in Z K I K U I U K I U Z 212111222211-==--== 综上所述，NIC 是这样一种二端口器件，它把接在一个端口的阻抗变换成另一端口的负阻抗。
lin实验41 负阻抗变换器
观察电压波形与电流波形的位相关系
输入端加峰峰值1V的正弦电压，电路参数不变。 用双踪示波器同时观察负阻抗元件的u、i波形， 将电压波形和电流波形绘制在同一坐标系中。 观测电流曲线时，不能用示波器直接测量电流， 只能在电路中串联一个1Ω的电阻，从电阻上测量 电压，再换算成电流。
观察等效一阶电路的过渡过程
( R j L ) R R 2 jLR Zi R ( R jL) R jL 1 j L R2
1 R )R R2 j C j C Zi R j R 2 C 1 1 (R ) R j C j C (R
三、实验仪器和器材
1. 2. 3. 4. 5. 6.
7.
8. 9.
直流稳压电源 运算放大器 双踪示波器 函数信号发生器 交直流电压电流表 电阻 电容 电感 导线
四、实验内容及步骤
1. 2. 3.
4.
测量等效负电阻的伏安特性曲线 验证并联公式 观察电压波形与电流波形的位相关系 观察等效一阶电路的过渡过程
测量等效负电阻的伏安特性曲线
实验电路如图所示,断开开关S,取RL=R=200Ω, 调整 直流稳压电源的输出电压，测量相应的电流I。
验证并联公式
取R1=1KΩ，闭合开关S，RL=200Ω，将直流稳压 电源的输出电压调至2V，断开开关S，测量电流I1， 计算负电阻R’2；合上开关S，测出相应的电流 I2， 计算等效电阻R。验证电阻并联关系R=R1∥R’2。
如图所示，虚线框中的电路为一个由运算放大器和两个等值电 阻构成的电流倒置型负阻抗变换器。因此，整个电路的输入阻 抗为
U1 U 2 Zi Z L I1 I2
负阻抗变换器的原理
负阻抗变换器的原理A negative impedance converter (NIC) is a type of electronic circuit that converts a negative impedance element into a positive equivalent through the use of active components such as transistors or op-amps. 负阻抗变换器（NIC）是一种电子电路，通过使用晶体管或运算放大器等有源元件，将负阻抗元件转换为正等效阻抗。
The concept of negative impedance may seem counterintuitive at first, as impedance is typically associated with opposition to the flow of current. 负阻抗的概念可能一开始看起来有点反直觉，因为阻抗通常与电流流动的阻力相关联。
However, negative impedance can be useful in certain applications where it is necessary to create a load that appears to have a negative resistance, such as in active filters and oscillators. 然而，在某些需要创建看似具有负电阻的负载的应用中，负阻抗可以是有用的，比如在有源滤波器和振荡器中。
The basic principle behind a negative impedance converter is to use an active element to cancel out the negative impedance of a passiveelement, effectively creating the appearance of a positive impedance. 负阻抗变换器的基本原理是利用有源元件来抵消被动元件的负阻抗，有效地创造正阻抗的表现。
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负阻抗变换器及其应用
一、实验目的
1．了解负阻抗变换器的组成原理。
2．学习测试负阻变换器的特性。
3．进一步研究二阶RLC 电路的动态响应，扩展负阻抗变换器的应用。
二、原理说明
1．用运算放大器组成电流倒置型负阻抗变换器的原理。
图6-4-2-1（a ）虚线框所示的电路是一个用运算放大器组成的电流倒置型负阻抗变换器，6-4-2-1（b ）、(c)为其等效电路及电路符号。
由于运放“+”端和“—”端之间为虚短路，且运放的输出阻抗为无穷大，故有：
Up
Un = 即 12U U = 而运放的输出电压0U 为：0131242U
U I R U I R -=-= 得： 3142I
R I R = 又因： 13I
I = ，24I I = 得：1122I
R I R = 根据图6-4-2-1所示的2U 与2I 的参考方向可知：22L
U I Z =-
因此电路的输入阻抗：
12121221
L L in U U R Z Z KZ R I R I
R =-===- 1
2R K R =称为电流增益
负阻抗变换器的电压电流及阻抗关系如下：
21U
U = ，21I KI = ，L in Z KZ =-
Z L
+-U 2z i
.+
-.U .
1
.(b)
+-
（a ）
图6-4-2-1 电流倒置型负阻抗变换器
可见，这个电路的输入阻抗的负值，也就是说，当负载端接入任意一个无源阻抗时，在激励端就得到一个负的阻抗元件，简称负阻元件。
在本装置中令 12R R R == ，则1K =，L in Z Z =-
（1）若L Z 为纯电阻R ，则in Z R =-称为负电阻，如图6-4-2-2（a ）所示
.i 1
+-
-
图6-4-2-2 纯负电阻电路
纯负电阻伏安特性是一条通过坐标原点且处于2、4象限的直线，如图6-4-2-2（b ）所
示，当输入电压u1为正弦信号时，输入电流1I
y 与电压u1相位相反，如图6-4-2-2（c ）所示。
（2）若L Z 为纯电容，即：1
L Z j C
ω=
则：1
L in Z Z j L j C
ωω==--
=，（这里21
L C
ω=
） （3）若L Z 为纯电感，即：L Z j L ω=
则：1L in Z Z j L j C
ωω=-=-=
，（这里21C L ω=）
2．负阻抗变换元件（-Z ）与普通的无源R 、L 、C 元件Z’作串、并联时，其等值阻抗
的计算方法与无源元件的串、并联计算公式相同，即：
+-.U
..(c)
+-
i 1
u 1
(b)
i 1
u 1
i 1
u 1
(c)
Z 串Z Z '=-+ Z 并ZZ Z Z '
-=
'
-+
3．应用负阻抗变换器，可以构成一个具有负内阻的电压源，其电路如图6-4-2-3(a)所示。
2U 端为等效负内阻电压源的输出端。
由于运放的“+”、“-”端之间为虚短路，即12U U = 由图示的1I 和2
I 的参考方向及电路参数，可知：21I I =- 故输出电压：211121
S S U U U I R U I R ==-=+ 可见，该电压源的内阻S R 等于（1R -）；它的输出端电压随输出电流的增加而增加，具有负电阻电压源的等效电路伏安特性曲线如图6-4-2—2(b)、（c ）所示。
4．负阻抗变换器能够起到逆变阻抗的作用，即可实现容性阻抗和感性阻抗的互换。
由RC 元件来模拟电感器的电路如图6-4-2-4所示，电路输入端的等效阻抗in Z 可视为电阻元件R 与负阻元件1
()R j C
ω-+
相并联的结果，即： 22
1()11
()in R R R R j C j C
Z R R j C j C
R j CR ωωωωω-+--==
-++-
=+
(a)
L
.U .+-
2(b)
图6-4-2-3 具有负内阻的电压源
对输入端而言，电路等效为一个线性有损耗电感器，等值电感L=RC 。
同样，若将图中
的电容器换成电感器L ，电路就等效为一个线性有损耗电容器，等值电容2
L C R =。
5．研究二阶动态电路（RLC 串联电路）的方波激励时，响应类型只能观察到过阻尼，临界和欠阻尼三种形式。
若采用如图6-4-2-5（a ）所示的具有负内阻的方波电源作为激励源，由于电源负内阻（S R -）可以和电感器的电阻L r 相抵消（等效电路如图6-4-2-5（b ）所示），则响应类型可出现RLC 串联总电阻为零的无阻尼等幅振荡和总电阻小于零的负阻尼发散型振荡情况，6-4-2-5（c ）、(d)所示。
-.U 1
R
图6-4-2-4 RC 元件模拟电感器的电路
U S
(c)
I 2
U 2
C
S
u u (a)
u C
t
(c)
u C
t
(d)
图6-4-2-5 具有负内阻的方波电源作为激励源
四、实验内容
1．用直流电压表、毫安表测量负电阻阻值
（1）实验线路如图6-4-2-6，1U 为直流稳压电源，L R 为可调电阻箱。
将1U 调至1.5V 。
u S
u
C
L
-R S
r
L
(b)
1
L
U
图6-4-2-6 测量负电阻阻值的实验线路
（2）先断开开关K （即不接1R ）的阻值，改变可调电阻R 的阻值,测出相应的1U 、1
I 值，计算负电阻值，记录之。
1 1.5U V = 1R =∞
表6-4-2-1 1R =∞时的负电阻阻值
（3）取L R =200Ω，再接上1R 阻值，并改变的1R 值，测出相应的1U 、1I 值，计算负电阻阻值，记录之。
1U =1.5V 200L R =Ω
表6-4-2-2
L R =200Ω时的负电阻阻值
2．用示波器观察正弦激励下负电阻元件上的1u 、1i 波形
参照图6-4-2-7，1u 接激励源的输出，调定在有效为1V ，频率为1KHz 。
取11R K =。
双踪示波器的公共端接在0点，探头1Y 接a 点（采集电压1u 信号），探头2Y 接b 点（采集电流1i 信号，即取1R 上的电压，它与电流1i 成正比）。
观察1u 、1i 波形间相位关系，描绘之。
R L
图6-4-2-7正弦激励下的负电阻元件 图6-4-2-8 用RC 模拟电感器和用RL 模拟有损耗电
容器的特性
3．验证用RC 模拟电感器和用RL 模拟有损耗电容器的特性。
参照图6-4-2-8，1u 接正弦激励源，取11U V =。
改变电源频率和C 、L 的数值，重复观察输入端1u 、1i 间相位关系，描绘之。
4．用伏安法测定具有负电阻电压源的伏安特性。
参照图6-4-2-9，电源S U 接直流稳压电源的输出，电压调至1.5V ，负载L R 从∞减至
200Ω，自拟数据表格记录，并作伏安特性曲线。
5．研究、观察RLC 串联电路的方波激励。
参照图6-4-2-10。
S U 接方波激励源，取05U V <、f=1KHz;S R 取值0~25K Ω、L r 取值5K Ω左右。
U 2 图6-4-2-9具有负电阻电压源 图6-4-2-10 RLC 串联电路的方波激励
增加S R 即相当于减小了RLC 串联回路中的总电阻，S R 可在几百欧范围调节，实验时，先取L S r R >，然后逐步减小L r （或增加S R ），用示波器观察电容器两端电压C u 波形，使响应分别出现过阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼等五种情况，并测出各种情况的衰减常数a 和振荡频率d ω。
C C
1K
R L
L
+
-
u C
五、实验报告
1．电路中负阻器件是发出功率还是吸收功率？ 2．在研究RLC 串联电路的响应时，在阻尼情况下，如何确认激励源仍具有负的内阻值？ 3．整理实验数据，画出必要的曲线。
4．描绘二阶电路在五种情况下C u 的波形。
5．对实验结果，作出详细的解释。
注意：
1．在做实验内容5时，注意方波激励源的峰值电压不要超过5V ，此外，在改变回路的总电阻值应从大到小，在接近无阻尼和负阻尼的情况下，要仔细调节S R 或L r ，以便观察到无阻尼和负阻尼时的响应轨迹。
2．在实验过程中，示波器和交流豪伏表的电源线使用两脚插头。