负阻抗变换器实验教程
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U0
R0 i1
＋
－
i3
i4
R0 i2
u1
Zin
2.
up
un
u2
Z1
图5.15.2
负阻抗变换器
运算放大器输出端电压 u 0u 1i3R 0u2i4R 0 ， 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 u p u n ，
即 u1 u 2 ；根据“虚断”特性，可得 i1 i 3 ，i 2 i 4 。
方向相反，输入电压与输出电压极性相同。即电流
反向负转换器能转换电流的方向并保持电压的极性
不变。
同理，电压反向负转换器，如图5.15.1（b）所
示，其电压－电流关系为：
i1 u1
i2 u2
由上式可知，电压反向负转换器的特点是，转换输
入电压的极性，而保持电流的方向不变。
2. 负阻抗变换器是用一个运算放大器构成的电流 反向型负阻抗变换器，电路图如图5.15.2虚线部分所 示。
按图5.15.2所示电路接线，电源电压固定为8V左 右，R0为51 Ω，负载Z1用电阻箱分别取1kΩ、1.2K Ω、1.4 KΩ、1.6 KΩ、1.8KΩ、2 KΩ。分别记录 以上几种情况下的电压表读数u1、电流表读数i1。将 实验数据填入表1中，算出等值负阻抗，并与理论值 相比较。
Z1 / Ω
1000
ZinR R ( ( ZZ 1)1)R R ((R R jj 1 1C C))R 2 j 1jC RCRjR2C 令 Zin RjLeq
所以，等值电感为： Leq R2C
同理，若负载为电阻R与电感L串联连接，并在 输入端并联电阻 R，则该电路的输入阻抗 Zin可等值 为电阻 R与电容 C串联的阻抗，等值电容 Ceq L/ 。R2 4. 研究RLC串联电路的方波响应，由于实际电感元 件本身存在直流电阻，因此，响应类型只能观察到 有阻尼的情况。图5.15.4是利用具有负电阻的方波电 源作为激励，由于电源的负电阻可以和电感器的电 阻相抵消，因此，响应类型还可以出现无阻尼等幅 振荡和负阻尼发散振荡的情况。
u1 / V
i1 / mA
等效电阻
/Ω
理论值 测量值
1200
1400
1600
1800
2000
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 Ω，负载Z1取 1kΩ，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。
流反向负转换器（INC）和电压反向负转换器（VNC）
。 + i1
i2 +
+ i1
i2 +
U1
INC
U2
U1
VNC
U2
-
-
-
-
图5.15.1（a）电流反向负转换器
图5.15.1（b）电压反向负转换器
电流反向负转换器，如图5.15.1（a）所示，其电压－
电流关系为：
i1 u1
i2 u2
上式表明，流入与流出电流反向负转换器的电流
负阻抗变换器
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
1. 学习和了解负阻抗变换器的特性和应用。 2. 研究如何用运算放大器构成负阻抗变换器。 3. 了解有源器件在线性范围内工作的条件。
实验原理
1. 负转换器是一种双口器件，共有两种类型：电
带入上式可得 i1 i 2 ，根. 据负载Z1上的端电压和电流
的参考方向，有
.
.
I2
.
U2 Z1
，因此从输入端U1看入的
输入阻抗
Zin
U1
.
U2
.
Z1
。
I1 I2
因此，U2端的负载阻抗Z1通过负阻抗变换器， 在U1端可等效为负阻抗（－Z1），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5.15.3所示。
图5.15.3 负电阻的u－i特性
3. 如果在图5.15.2所示具有负阻抗变换器的电路中 ，若负载Z1为R与C串联连接的容性负载，并在输入 端并联电阻R，则该电路的输入阻抗可等值为R与L 串联的感性负载，即：
R0 R
＋
－
R0
US
RS
C
L
UC
图5.15.4 RLC串联阶跃响应电路
R s( i1)Ld(d ti1)C 1 t ( i1)dti2Rus
i1 i2
(RsR1)i2Ld dit2C 1ti2dtus
经负阻抗转换器转换后， RS与R两个电阻一正一 负，性质相反。因此，响应类型还可以出现无阻尼等 幅振荡和负阻尼发散振荡的情况。
实验仪器
• 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
数字示波器
功率函数发生器
直流稳压电源
ຫໍສະໝຸດ Baidu
可调电阻箱
可调电容箱
数字万用表
直流毫安表
交流毫伏表
实验步骤
1. 电源输出电压固定，改变负载，读电压、电 流，计算负阻抗。
实验报告
1. 对任务1～3，按要求列出数据表格，测量、记 录并计算相应的量，作出特性曲线，记录观察 的波形，并与理论值相比较。
2. 对任务4，记下三种情况下的电阻值，记录三种 情况下的波形，并从理论上分析讨论。
实验现象
1. 负阻抗转换器的负载为电阻R时，从输入端看入， 相当于一个负电阻（－R）。即当输入电流增大时，其 端口电压下降；反之，端口电压增大。 2. 负阻抗转换器的负载为R与C串联连接的容性负载 ，并在输入端并联电阻R，则该电路的输入阻抗可等值 为R与L串联的感性负载，等值电感 Leq R2C 。用示波 器观察波形：电压相位超前电流相位。
RS<R增幅振荡； RS=R等幅振荡； RS>R减幅振荡。
为了使得二阶瞬态重复，在示波器上得到稳定的 波形，采用了方波输入的方法，因为功率函数发生器 的接地端和示波器的接地端都已接在了插座的接地端 上，在观察电容上的电压信号时所以必须电容的一端 接到功率函数发生器的负端，即接地端。若要观察电 阻上的电压信号时，（它与电流信号的波形相同）， 则必须交换电容和电阻的位置，将电阻的一端接到功 率函数发生器的负端。
u1 / V
i1 / mA
等效电阻 /Ω
理论值 测量值
－1000
3. 阻抗逆变作用的观察与测量。 按图5.15.5所示电路接线，为采样电阻，阻值取
1kΩ，R0为51Ω，正弦信号输入，频率大致取3kHz， 幅值取7V～8V左右，电阻R取1kΩ，电容C取0.1µF。
用双线示波器观察输入端的电压与电流的波形及 相位关系。
R0 i1
＋
－
i3
i4
R0 i2
u1
Zin
2.
up
un
u2
Z1
图5.15.2
负阻抗变换器
运算放大器输出端电压 u 0u 1i3R 0u2i4R 0 ， 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 u p u n ，
即 u1 u 2 ；根据“虚断”特性，可得 i1 i 3 ，i 2 i 4 。
方向相反，输入电压与输出电压极性相同。即电流
反向负转换器能转换电流的方向并保持电压的极性
不变。
同理，电压反向负转换器，如图5.15.1（b）所
示，其电压－电流关系为：
i1 u1
i2 u2
由上式可知，电压反向负转换器的特点是，转换输
入电压的极性，而保持电流的方向不变。
2. 负阻抗变换器是用一个运算放大器构成的电流 反向型负阻抗变换器，电路图如图5.15.2虚线部分所 示。
按图5.15.2所示电路接线，电源电压固定为8V左 右，R0为51 Ω，负载Z1用电阻箱分别取1kΩ、1.2K Ω、1.4 KΩ、1.6 KΩ、1.8KΩ、2 KΩ。分别记录 以上几种情况下的电压表读数u1、电流表读数i1。将 实验数据填入表1中，算出等值负阻抗，并与理论值 相比较。
Z1 / Ω
1000
ZinR R ( ( ZZ 1)1)R R ((R R jj 1 1C C))R 2 j 1jC RCRjR2C 令 Zin RjLeq
所以，等值电感为： Leq R2C
同理，若负载为电阻R与电感L串联连接，并在 输入端并联电阻 R，则该电路的输入阻抗 Zin可等值 为电阻 R与电容 C串联的阻抗，等值电容 Ceq L/ 。R2 4. 研究RLC串联电路的方波响应，由于实际电感元 件本身存在直流电阻，因此，响应类型只能观察到 有阻尼的情况。图5.15.4是利用具有负电阻的方波电 源作为激励，由于电源的负电阻可以和电感器的电 阻相抵消，因此，响应类型还可以出现无阻尼等幅 振荡和负阻尼发散振荡的情况。
u1 / V
i1 / mA
等效电阻
/Ω
理论值 测量值
1200
1400
1600
1800
2000
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 Ω，负载Z1取 1kΩ，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。
流反向负转换器（INC）和电压反向负转换器（VNC）
。 + i1
i2 +
+ i1
i2 +
U1
INC
U2
U1
VNC
U2
-
-
-
-
图5.15.1（a）电流反向负转换器
图5.15.1（b）电压反向负转换器
电流反向负转换器，如图5.15.1（a）所示，其电压－
电流关系为：
i1 u1
i2 u2
上式表明，流入与流出电流反向负转换器的电流
负阻抗变换器
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
1. 学习和了解负阻抗变换器的特性和应用。 2. 研究如何用运算放大器构成负阻抗变换器。 3. 了解有源器件在线性范围内工作的条件。
实验原理
1. 负转换器是一种双口器件，共有两种类型：电
带入上式可得 i1 i 2 ，根. 据负载Z1上的端电压和电流
的参考方向，有
.
.
I2
.
U2 Z1
，因此从输入端U1看入的
输入阻抗
Zin
U1
.
U2
.
Z1
。
I1 I2
因此，U2端的负载阻抗Z1通过负阻抗变换器， 在U1端可等效为负阻抗（－Z1），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5.15.3所示。
图5.15.3 负电阻的u－i特性
3. 如果在图5.15.2所示具有负阻抗变换器的电路中 ，若负载Z1为R与C串联连接的容性负载，并在输入 端并联电阻R，则该电路的输入阻抗可等值为R与L 串联的感性负载，即：
R0 R
＋
－
R0
US
RS
C
L
UC
图5.15.4 RLC串联阶跃响应电路
R s( i1)Ld(d ti1)C 1 t ( i1)dti2Rus
i1 i2
(RsR1)i2Ld dit2C 1ti2dtus
经负阻抗转换器转换后， RS与R两个电阻一正一 负，性质相反。因此，响应类型还可以出现无阻尼等 幅振荡和负阻尼发散振荡的情况。
实验仪器
• 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
数字示波器
功率函数发生器
直流稳压电源
ຫໍສະໝຸດ Baidu
可调电阻箱
可调电容箱
数字万用表
直流毫安表
交流毫伏表
实验步骤
1. 电源输出电压固定，改变负载，读电压、电 流，计算负阻抗。
实验报告
1. 对任务1～3，按要求列出数据表格，测量、记 录并计算相应的量，作出特性曲线，记录观察 的波形，并与理论值相比较。
2. 对任务4，记下三种情况下的电阻值，记录三种 情况下的波形，并从理论上分析讨论。
实验现象
1. 负阻抗转换器的负载为电阻R时，从输入端看入， 相当于一个负电阻（－R）。即当输入电流增大时，其 端口电压下降；反之，端口电压增大。 2. 负阻抗转换器的负载为R与C串联连接的容性负载 ，并在输入端并联电阻R，则该电路的输入阻抗可等值 为R与L串联的感性负载，等值电感 Leq R2C 。用示波 器观察波形：电压相位超前电流相位。
RS<R增幅振荡； RS=R等幅振荡； RS>R减幅振荡。
为了使得二阶瞬态重复，在示波器上得到稳定的 波形，采用了方波输入的方法，因为功率函数发生器 的接地端和示波器的接地端都已接在了插座的接地端 上，在观察电容上的电压信号时所以必须电容的一端 接到功率函数发生器的负端，即接地端。若要观察电 阻上的电压信号时，（它与电流信号的波形相同）， 则必须交换电容和电阻的位置，将电阻的一端接到功 率函数发生器的负端。
u1 / V
i1 / mA
等效电阻 /Ω
理论值 测量值
－1000
3. 阻抗逆变作用的观察与测量。 按图5.15.5所示电路接线，为采样电阻，阻值取
1kΩ，R0为51Ω，正弦信号输入，频率大致取3kHz， 幅值取7V～8V左右，电阻R取1kΩ，电容C取0.1µF。
用双线示波器观察输入端的电压与电流的波形及 相位关系。