负阻抗变换器实验教程
2.负阻抗的应用2
实验二 负阻抗变换器的应用一、实验目的1．了解负阻抗元件在电路中的应用，扩展电路理论技术的研究。
2．掌握电路测量的方法。
二、实验原理1．应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源原理图如2-1(a)所示，负阻抗变换器的输入端口接入一个有伴电压源，则输出端口伏安特性：, , 11S 1i i R i U u u -=-== ，)(S S R i U iR U u --=+=。
可见输出端口的等效电路为具有负电阻的电压源。
如图2-1(b)所示。
该电压源的电压=U S ，内阻R - =(-R )，输出端口端电压随输出电流的增加而增加，其伏安特性曲线如图2-1(c)所示。
2．负阻抗元件的阻抗逆变作用负阻变换器的阻抗逆变原理可由图2-2中分析得出。
负阻抗变换器的负载为容性负载，输入端口并联一个正电阻R 。
则入端输入阻抗为：L R CR R CCRR R C R R C R Z in '+=+=---=++-+-=ωωωωωωj j j 1j )j 1()j 1(22即入端阻抗为电阻R 和电感的串联，等值电感L '=CR 2。
同样若将图中的电容器换成电感器L ，输入电路就等效为电阻和电容的串联，等值电容C ′ =L /R 2。
3．二阶动态电路(RLC 串联电路)的方波响应研究二阶动态电路(RLC 串联电路)的方波激励时，响应类型只能观察到过阻图2-2 负阻抗的阻抗逆变ZU (b)i(c)图2-1 含负内阻的实际电压源22’R L(a)+_ Δ ∞ 1k Ω 图2-61k Ω500Ω200Ω ～CH1 CH2a cb 500Ω0.1μF+ i 1C 2 R LU ++Δ ∞ + - S U+U -U1k Ω 1k Ω图2-5mA0U321 8 4+12V -12V+-I +-R图2-3R- + - C r L L u S 尼，临界和欠阻尼三种形式。
现采用如图2-1(a )所示的具有负内阻的方波电源作为激励源来构成RLC 二阶动态电路，如图2-3所示。
负阻变换器实验
负阻变换器实验一、实验目的：1、了解有源器件的特性及负阻电路的构成2、学习使用负阻电路 二、原理：U ZI IZ IU -=22所以输入阻抗为Z I U I U Z in-===2211三、实验内容：1、图6-6 (测V) R L (Ω) 300 500 700800900I(mA)2、图6-7 (测V)R L =400ΩR 1(Ω) 15030040050010002000I(mA)R L ERLE图6-6 图6-7实验六 负阻变换器一、实验目的1、了解负阻变换器的原理及特性。
2、学习使用负阻变换器二、原理1、负阻变换器是由有源器件构成的一种特殊阻抗变换器。
它有两种形式：一种是电流反向型负阻变换器，另一种是电压反相型负阻变换器。
本实验只研究电流反向型负阻变换器(以下简称负阻变换器)。
负阻变换器可以用运算放大器构成。
如图6-1所示。
设运算放大器为一理想运算放大器（差动电压增益、输入阻抗、带宽均为无穷大，共模电压增益、输出阻抗、失调电压、失调电流均为零。
）UZI I图6-1由于 021=-U U 所以21U U = 且R I U U 101 =- R I U U 202 =- 所以R I R I 21 =21I I =由图6-1，有Z IU -=22所以输入阻抗为Z I U I U Z in===2211（6-1） 由此可见输入阻抗为负载阻抗的负值，因而可用它来实现各种负阻抗元件，当负载为一电阻（R L ）时，输入端等效为一负电阻（-R L ）。
若负载为电容，则输入端等效为电感，反之亦然。
2、负阻变换器可等效为一个（有源）元件，它与普通的R 、L 、C 元件进行串一并联时，求无源元件等效阻抗的计算方法和计算公式同样适用。
3、用负阻变换器可以构成具有负内阻的电压源，如图6-2所示，为了求得它的端部特性。
将图中虚线内的那一部分电路看作一个有源二端网络。
利用戴维南定理，由图6-3所示电路，得其开路电压S U U =2R L图6-2U 图6-3由图6-4所示电路，得其等效电阻S SR I R I I U I U R -=''''-=''''=''''=1111220这样，图6-2所示电路就简化为图6-5所示电路。
负阻抗变换器及其应用
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：UpUn = 即 12U U = 而运放的输出电压0U 为：0131242UU I R U I R -=-= 得： 3142IR I R = 又因： 13II = ，24I I = 得：1122IR 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：21UU = ，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+--R -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1Iy 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：1L Z j Cω=则：1L in Z Z j L j Cωω==--=，（这里21L Cω=） （3）若L Z 为纯电感，即：L Z j L ω=则：1L in Z Z j L j Cωω=-=-=，（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 1u 1(b)i 1u 1i 1u 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。
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.。
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。
实验22负阻抗变换器
实验二十二 负阻抗变换器一、实验目的1. 加深对负阻抗概念的认识， 掌握对含有负阻的电路分析研究方法。
2. 了解负阻抗变换器的组成原理及其应用。
3. 掌握负阻器的各种测试方法。
二、原理说明1. 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。
有些非线性元件（如燧道二极管）在某个电压或电流范围内具有负阻特性。
除此之外，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。
按有源网络输入电压电流与输出电压电流的关系，负阻抗变换器可分为电流倒置型和电压倒置形两种(INIC 及VNIC)，其示意图如图22-1所示。
图 22-1在理想情况下，负阻抗变换器的电压、电流关系为： INIC 型：U .2＝U .1，I .2＝K I .1 （K 为电流增益） VNIC 型：U .2＝-K 1U .1，I .2＝-I .1 （K 1为电压增益）2. 本实验用线性运算放大器组成如图22-2所示的INIC 电路， 在一定的电压、电流范围内可获得良好 的线性度。
根据运放理论可知： U .1＝U .+＝U .－＝U .2又 I .5＝I .6＝0， I .1＝I .3，I .2＝－I .4,1·1·I U Z i =,13·1·3·Z U U I -=21·3·22·3·4Z U U Z U U I -=-= ∴ I .4Z 2＝－I .3Z 1，－I .2Z 2＝－I .1Z 1，图 22-2IN IC22U 1U V N IC U -K 11Lii∴11·22·Z I Z Z U L-=⋅∴)(21211·1·1·2·Z Z K KZ Z Z Z Z I U I U L L i =-=⋅-===令 Z 1 R 1 当 Z 1＝R 1＝R 2＝Z 2＝1K Ω时，K ＝──＝──＝1 Z 2 R 2 (1)若 Z L ＝R L 时， Z i ＝－KZ L ＝－R L1 1 1(2)若 Z L ＝ ── 时，Z i ＝－KZ L ＝－ ── ＝j ωL （令 L ＝ ── ） j ωC j ωC ω2C 1 1(3)_若 Z L ＝j ωL 时，Z i ＝－KZ L ＝－ j ωL ＝── （令 C ＝ ── ） j ωC ω2L（2）（3）两项表明，负阻抗变换器可实现容性阻抗和感性阻抗的互换。
电工电子综合实验报告材料-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。
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。
负阻抗变换器实验教程
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 / R。2 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。
i1 / mA
等效电阻
/Ω
理论值 测量值
1000
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：
ui1 1
i2 u2
Zin
R( Z1 ) R (Z1)
R
(R
jC
1
)
jC R j R2C
1
负阻抗变换器.
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。
若在NIC 的输出端口2—2’接上负载Z L ，则有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 U Z 2222222111-==--==若倒过来，把负载Z L 接在输入端口1—1’，则有U 1=-I 1Z L ，从输出端口2—2’看入，对于CNIC ，有L in Z K I UK 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。
负阻器实验ppt
I2 KI1
实验原理图
32
I1R1 I2R2 0
I1Βιβλιοθήκη I2R2 R1
Z
U1 I1
U1
I
2
R2 R1
R1 R2
R5
相关知识（μA741引脚）
相关知识（μA741引脚）
调零端
反相 输入
集成运放的外引线排列
uA741引脚及符号
实验模板
SUCCESS
CH1
CH2
3、如图所示，信号函数发生器输出方波，调节R10 为1KΩ、1.2KΩ、1.4KΩ、1.6KΩ、1.8KΩ、2KΩ，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
CH1
CH2
四、实验注意事项
• 接通电源后，测量运放是否工作在正常工 作状态，测量2，3引脚的两端电压是否为 零，R3、R4电阻两端电压也应该为零
THANK YOU
2020/1/9
三、实验任务
1、如图，稳压电源采用直流稳压电源U，调节 为5V，R1=R2=300Ω，R3=R4=100Ω，当R5 分别为1KΩ和2KΩ时，测量并求出负阻；
2、如图，信号函数发生器输出正弦波（有效值小于 3V）, 经过阻值为500Ω的R7接到负阻器两端，将示波 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所测即为负阻器输 入电压，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R7 上的电压，当R5分别为1KΩ和2KΩ时，求出，负阻 ； 并记下示波器此时的波形。
• 实验前先检查元器件完好
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）
2.负阻抗的应用2
实验二 负阻抗变换器的应用一、实验目的1．了解负阻抗元件在电路中的应用，扩展电路理论技术的研究。
2．掌握电路测量的方法。
二、实验原理1．应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源原理图如2-1(a)所示，负阻抗变换器的输入端口接入一个有伴电压源，则输出端口伏安特性：, , 11S 1i i R i U u u -=-== ，)(S S R i U iR U u --=+=。
可见输出端口的等效电路为具有负电阻的电压源。
如图2-1(b)所示。
该电压源的电压=U S ，内阻R - =(-R )，输出端口端电压随输出电流的增加而增加，其伏安特性曲线如图2-1(c)所示。
2．负阻抗元件的阻抗逆变作用负阻变换器的阻抗逆变原理可由图2-2中分析得出。
负阻抗变换器的负载为容性负载，输入端口并联一个正电阻R 。
则入端输入阻抗为：L R CR R CCRR R C R R C R Z in '+=+=---=++-+-=ωωωωωωj j j 1j )j 1()j 1(22即入端阻抗为电阻R 和电感的串联，等值电感L '=CR 2。
同样若将图中的电容器换成电感器L ，输入电路就等效为电阻和电容的串联，等值电容C ′ =L /R 2。
3．二阶动态电路(RLC 串联电路)的方波响应研究二阶动态电路(RLC 串联电路)的方波激励时，响应类型只能观察到过阻图2-2 负阻抗的阻抗逆变ZU (b)i(c)图2-1 含负内阻的实际电压源22’R L(a)+_ Δ ∞ 1k Ω 图2-61k Ω500Ω200Ω ～CH1 CH2a cb 500Ω0.1μF+ i 1C 2 R LU ++Δ ∞ + - S U+U -U1k Ω 1k Ω图2-5mA0U321 8 4+12V -12V+-I +-R图2-3R- + - C r L L u S 尼，临界和欠阻尼三种形式。
现采用如图2-1(a )所示的具有负内阻的方波电源作为激励源来构成RLC 二阶动态电路，如图2-3所示。
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
16.3负阻抗变换器
2 中北大学国家级电工电子实验教学示范中心
负阻抗变换器特性
电压反向型负阻抗变换器的特性则电压改变了方 向。它满足
UI11
n
0
0
k
UI22
3 中北大学国家级电工电子实验教学示范中心
电流反向型负阻抗变换器特性分析
以电流反向型负阻抗变换器为例。如图（a）所示， 如果在2端接负载阻抗ZL，用相量表示，在1端看 去的输入阻抗为
R1
1 1
sC1 U1s
解之
9 中北大学国家级电工电子实验教学示范中心
负阻抗变换器电路分析
R1
1 1
sC1
1 R2
sC2
U2 s 1
k
1 R2
sC2
U2 s
R1
1 1
sC1 U1s
解得
SC1
U2 s U1s
SC1 SR1C1 1
1 R2
SR1C1 1
sC2
1 k R2
1
k sC2
U2 s U1s
Zi
U1 I1
U 2 kI2
U 2 k U 2
1 k
Z
L
Z2
这就是说，负阻抗变换器使得在负载阻抗接入后， 在输入端看，除了在数值上有可能改变以外还将 改变其符号，即能把正电阻变成负电阻；把电感 变成电容；把电容变成电感。
4 中北大学国家级电工电子实验教学示范中心
电流反向型负阻抗变换器实例
以上结论可用运算放大器来实现，如图视。因为 虚短特性则u1 = u2，满足了特性的第一式。当1端 为正且为同相输入，则③点电位为正，iR2为正。 又因为虚断所以i2完全由iR2所确定，此时i2必为负 （反向）。同时在输入端正的iR1决定了i1反向。直 观地看出，输入电压 为正，但电流却反向 了。所以在输入端表 现出负阻抗。
实验三运算放大器负电阻和星形电路电流电压关系
实验3.1用运算放大器构成负阻抗电路一、 实验目的1、 测试验证运算放大器的负阻抗2、 测试并验证RC 相移电路二、 实验原理 负阻抗变换器是用一块运算放大器构成的电流反向型负阻抗变换器。
运算放大器输出端电压0420310R i u R i u u -=-=，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n p u u =，即21u u =，根据“虚断”特性，可得，31i i =，42i i =。
带入上式可得，21i i =。
根据负载Z 1上的端电压和电流的参考方向，有122Z U I -=，因此从输入端U 1看入的输入阻抗12211Z I U I U Z in -===，L in Z K I K U I U Z 12121111-===，121R R K = 三、 实验内容1、电路如图所示计算可得，电流应为3mA ，测得的电流约等于理论电流。
（2）修改数据，继续验证。
四、实验体会通过对实验的测试，可以看出对于电阻的选择十分重要，当把电阻选择的现对较小时，会出现较大的误差，即相位差小于90°，或者几近没有相位差。
此时就会得出错误的结论，再多测试了几个电阻时候，并即将电阻的值选择的比较大，会得到比较满意的结果，就是电压的电流的变化不大。
而在测试负阻抗的时候，上网查阅了资料。
发现负阻抗变换器与所要测试的电路有相同，只是电阻的分布有些微不一样，所以就直接的得到了运算验证的公式，并将公式带入实际的电路中检验的二者相符。
实验3.2星形电路相电流线电流相电压线电压间的关系一、实验目的（1）学会三相负载星形的连接方法、掌握这种接法的线电压和相电压，线电流和相电流之间的关系。
（2）观察分析当负载不对称时，线电压和相电压，线电流和相电流的变化。
二、实验原理星形连接的负载如图1所示：图1星形连接的三相电路A、B、C表示电源端，N为电源的中性点（简称中点），N'为负载的中性点。
07下第七次课 负阻抗
一、实验目的 1、加深对负阻抗概念的认识。掌握对含有负阻抗电路的分析研究方法。 2、了解负阻抗变换器的组成原理及应用。 3、掌握对负阻抗变换器的各种测试方法。 二、基本原理 1、概念 负阻抗是电路理论中一个重要基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。负阻抗的产生除了某些非线性元 件（如隧道二极管）在某段电压及电流范围内具有负阻特性外，一般都是由一个有源双端口网络来构成一个等 值的线性负阻抗。当网络是由线性集成电路或晶体管等元件组成时，这样的网络就成为一个负阻抗变换器。 按有源网络输入电压、电流与输出电压、电流之间的关系，可分为电流倒置型INIC和电压倒置型UNIC两 种。（下面以INIC为例来说明）。 矩阵形式 U 1 1 0 U 2 方程组 u1 = u 2
四、任务 • 1、测量负电阻的伏安特性，并作出U= f（I）曲线。（理论值R_= - KRL= - RL，其中K＝Z1/Z2=R1/R2=1）
U(V) RL=300Ω RL=600Ω 测量值I(mA) 计算R_=U/I(Ω) 测量值I(mA) 计算R_=U/I(Ω) -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 -0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
图16-3
图16-4
（2）串联及并联 当普通的无源R、L、C元件Z和负阻抗变换器-Z’作串联、并联连接时，等值阻抗的计算方法与无源元件的串、 并联计算公式相同。 Z串 = Z − Z '， Z = -ZZ ' 从上式可以看出等值阻抗会呈现正阻和负阻两种情况。在电源工作
并
Z -Z'
的电路要尽量避免Z-Z’ 等于零或接近零的状态。 三、应用原理 1、负阻抗变换器的逆变作用A（与频率有关，图16-2）。根据Zin= - KZL定义 （1）当ZL为电容时，ZL=1/ jωC，Zin= - 1/ jωC= jωL， 等值电感L= 1/ω2C与频率 有关。 （2）当ZL为电感时，ZL= jωL， Zin = - jωL= 1/ jωC， 等值电容C= 1/ω2L与频率有关。 2、负阻抗变换器的逆变作用B（与频率无关，图16-5）。 当R与负阻元件-(R+1/jωC)相并联时，其结果
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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。
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。
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 。
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：
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。
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，
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
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。
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
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。
流反向负转换器（INC）和电压反向负3;
+ 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
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。
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
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。
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。