回转器的设计实验报告

姓名：赵玲

学号：1010200219

回转器的设计

摘要：

回转器是理想回转器的简称，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）。本文利用运算放大器实现负阻抗变换器电路，进而利用负阻抗变换器实现回转器。通过在multisim11.0仿真软件中的模拟，验证了回转参数满足的基本方程以及回转器将负载电容“回转”为电感量的准确性。

关键字：回转器回转参数模拟电感

正文：

一、实验装置及设备装置

双路稳压电源函数发生器交流毫伏表

数字示波器有源电路实验板

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

（a）基本原理：

①回转器示意图如图1-1，回转器端口量之间的关系：

I1=gU2 I2=-gU1 或U1=rI2 U2=-rI1

式中g和r（r=1/g）分别为回转电导和回转电阻,简称回转常数。用矩阵形式表示为：

=⎥⎦⎤⎢⎣⎡I2I1⎢⎣⎡-g 0⎥⎦⎤0g ⎥

⎦⎤

⎢⎣⎡U2U1 或

=⎥⎦⎤⎢⎣⎡U2U1⎢⎣⎡r 0⎥⎦⎤0-r ⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡I2I1 ②回转器电路图如图1-2所示：

图 1-1

图 1-2

（b ）实验的仿真电路图如下图所示：

①实验步骤：

电路图中：R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=1kΩ，改变R8和一端的电压U1，测量一端电流I1、另一端电压U2和电流I2，并记录在表格中。

②仿真截图：

V1=1.000 R8=1KΩ

:

R8=2KΩ

V2=2.000 R8=1KΩ

R8=2KΩ

③由电路图知-1

3S

10

.0

1-

⨯

-

=

理

g,

R8/k ΏV1/

V

I1/m

A

U2/

V

I2/m

A

g测/1-S

(g=I1/U2

)

g理/1-S%

100

|

-

|

⨯

理

理

测

g

g

g

1 1.0

00 1.00

-1.0

00

1.00

-1.00

3

10-

⨯

-1.00

3

10-

⨯

2 1.0

00 1.99

9

-1.9

99

1.00

-1.00

4

10-

⨯

1 2.0

00 2.00

-2.0

00

2.00

-1.00

4

10-

⨯

2 2.000

3.963

-3.963

1.982

-1.00410-⨯

④结果分析：

由表格知，所测的回转参数的值与理论上回转器的回转参数值吻合，从而验正了回转参数满足了基本方程。

2、将负载电容“回转”成一个电感量为0.1～1H 的模拟电感，用实验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。 （a ）基本原理：

①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．

②如图2-1,2-2所示若在回转器的输出端口②② 接有复阻抗Z ，在图示参考方向的正弦激励作用下，从输入端口①①看进

去

的

等效复

阻抗(输入阻

抗)L

Z g U I g U g g

I I U Z 22

2222

1

1

11)(1)

()(=-=

-=

=∙∙

∙

∙

∙∙

式中L Z 为负载的复阻抗．

③显然，当负载阻抗L Z 为电容性时，输入阻抗1Z 将为电感性．若在输出端口②②接一电容元件C ，则从输入端口①①看，相当于一个电感元件L 且jwL jwc g jwc

g Z g Z L

==

==

2

2

211

111

式

中2

g c

L

，为11'端口看进去的等效电阻。

图 2-1

图 2-2 （b)仿真电路图如图所示：

①实验步骤：

根据前面的计算有L=C/2g,取上个实验的-1

3S

-

⨯

=

g值，

1-

.0

10

理

则要使L=0.1～1H，C=0.1～1μF。本实验使用示波器来观察电流和电压的相位差来判断是否回转成功，需要在输入端串联一个采样电阻以获得电流波形，取采样电阻R8=1000Ω, 观察电压与反向电流的波形如图2-4所示，仿真电路的的理论等效电路图如图2-3所示，其电压与电流反向电流波形如图2-5所示：

图2-3

②实验波形的部分截图：

回转器电路，f=100HZ,C=0.5uF：