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 = -ri2

I2 = 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。

要求画出测试U1和I1的相位关系的接线图，并用坐标纸分别画出两个不同C值时的U1和I1波形，记录其相位关系。说明模拟电感的实现与频率的大小有何关系。

3．用C1回转后的模拟电感作并联谐振电路，谐振频率f0取1000Hz左右，确定C和C1的大小，信号源输出电压保持Us=1.5V(有效值)不变，改变频率（200Hz~2000Hz）测量Uc的值，同时观察us和uc的相位关系。（要求串联一取样电阻1kΩ）

预习要求：

1．画出设计任务中完整的电路接线图，明确I1的测量方法，建议取样电阻取1kΩ。2．电容不要取大于1μF的电解电容，以免误差大。

报告要求：

1．提交一份电路仿真实验报告。

2．现场整理测试数据和图表，与仿真结果比较，给出比较详细的分析和说明。

3．列出RLC并联谐振电路测量的数据，在坐标纸上绘制其Uc~f幅频特性。3．总结该综合性实验的体会。

五、用pspice软件进行电路仿真并分析

1．测量回转电导g，仿真结果如图所示：

由仿真结果可知

U1 = 1.25V ;

I1 = 250.05uA

U2 = 249.99mV

所以，g = i1 / U2 = 250.05uA / 249.99mV = 1.00×S

2．回转器等效电感电路仿真

U1，i1相位图如下所示：

C=0.1uF f=500Hz

C=0.1uF f=1000Hz

C=0.22uF f=500Hz

C=0.22uF f=1000Hz 3．并联谐振电路仿真

Uc – f 幅频特性曲线

Us – Uc 相位关系图

六、实验容

1．测量回转器的回转电导。

通过实验测得：U1 = 1.2V ;

I1 = 246.0uA

U2 = 243.2mV

所以，g = i1 / U2 = 246.0uA / 243.2mV = 1.01×S

可见实验值与理论值相符。

当负载电阻变化或者频率变化时，对回转电导没有影响。

2．测量回转器的输入伏安特性

由图像可知，当频率f分别取500Hz和1000Hz，电容C分别取0.1uF和0.22uF时，等效电感的感抗XL>>Ro,故从电路输入端口看，电路近于纯电感，其端口电压与电流间的相位差约为90度。

回转电感L=C/g^2 ,在电容C一定的情况下，g与频率大小无关，所以回转电感的大小与频率无关。

3．用电容模拟电感器，组成一个RLC并联谐振电路，并测出谐振频率。

频率/Hz 200 400 600 700 800 1000 相位/°90 70 58 53 40 7

Uc/V

0.200 0.427 0.743 0.954 1.185 1.543

频率/Hz 1059 1200 1300 1400 1600 2000 相位/°0 -25 -32 -40 -45 -69

Uc/V

1.522 1.426 1.284 1.142 0.911 0.650

七、实验心得

通过完成本次综合性实验的过程，我发现了自己在以前学习中的不扎实地方，本来以为自己会的地方，在真正运用的时候才发现掌握的并不是自己想的那样好。

比如pspice软件的使用，本来以为按书上的步骤一步一步来就做好了，也以为自己掌握了它的使用方法，但到了真正运用该软件去解决问题是才发现事实并非如此，面对pspice时，大脑一片茫然，只得翻书重新认真学习使用方法，最终才灵活运用该软件得到自己想要的结果。

并且通过本实验的不断出错及改错，巩固了我的理论知识，也增强了我面对元器件或实验仪器出现问题时的判断调试及解决问题的能力，不再像刚开始时仪器一有问题便问老师了。

本实验加深了我对运算放大器的使用的更深理解，也知道了可以用回转器来模拟电感元件，使得实验电路的搭建更加简便。

八、附件（Uc – f 图）