负阻抗变换器及其应用
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实验测量值：
Ri
=
U1 I1
理论计算值：
Ri
=
U1 I1
=
10 −
3
RL
电流增益：
（5）绘制负电阻的伏安特性曲线 U1=f（I1）
2、用伏安法测定具有负内阻电压源的伏安特性。 实验电路如图 14-7 所示。
1000Ω
RS I1
+ US
−
∞
+
+
−
1000Ω
I2
A
+
U2 V
RL
−
图 14-7
电源用 1V 电压，RS 取为 300Ω，负载电阻 RL 从 12kΩ开始减少,至到 600Ω。
1 I&1
I&2 2
+
+
U&1
−
(k +1)I&2
U& 2
−
1'
2'
图 14—1 INIC
在理想情况下，其电压、电流关系为：
对于 INIC 型： U&1 = U&2 ， I&1 = kI&2 （k 为电流增益） 对于 VNIC 型： U&1 = −kU&2 , I&1 = −I&2 （k 为电压增益）
五、实验原理 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，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。
3
jωL
=
1
31
jωC , C = 10 ω 2L
2、应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源,电路如图 14-4 所示
I3
I4
R
R0 I1
+ US
−
∞
+
+
−
R
I2 + U 2 RL −
图 14-4
U2 端为等效负内阻电压源的输出端。由于 U+=U-=U2,I1=-I2 故输出电压 U2=US-R0I1=US+R0I2 显然，该电压源的内阻为-R0，输出端电压随输出电流的增加而增加。具有负内阻电压 源的等效电路和伏安特性曲线如图 14-5 所示。
围内可获得良好的线性度。
I&3
I&4
Z1
I&1 + Zi U&1 U&1 −
∞
+
+
−
Z2
I&2
+ U&2 ZL −
根据运放理论可知：
U&1 = U& + = U&− = U&2
I&1 = I&3 , I&2 = I&4 ∴ I&1Z1 = I&2Z2
Zi
=
U&1 I&1
=
U& 2 kI&2
=−
Z1 Z2
如果在 INIC 的输出端接上负载 ZL，如图 14--2 所示，则它的输入阻抗 Z i 为：
Zi
=
U&1 I&1
=
U& 2 kI&2
=−
1 k
ZL
I&1
+ U&1 −
INIC
I&2
+
U& 2
ZL
−
图 来自百度文库4-2
本实验用线性运算放大器组成如图 14-3 所示的 INIC 电路，在一定的电压、电流的范
（2）R=6.324 KΩ （3）R=3KΩ
（4）R=0.3KΩ （5）R=0.2KΩ
负阻抗变换器及其应用
一、实验目的 1、 学习用线性集成运算放大器构成负阻抗变换器。 2、 学习负阻抗变换器的测量方法。 3、 了解负阻抗变换器的应用。
二、 实验属性（综合性）
三、实验仪器设备及器材 计算机及其 EWB 软件。
四、实验要求 1、 预习时仔细阅读实验指导书，复习教材的有关内容。 2、 了解实验目的、原理和任务。
六、实验步骤： 1、测量负阻抗的伏安特性，计算电流增益 K 及等效负阻抗。实验线路如图 14-6 所示。
1000Ω
I1 mA + U1 −
∞
+
+
−
300Ω
+ U 2 RL −
图 14-6 负阻抗电路
表 14-1
U1（V）
0
0.2
0.6
0.8
1
RL=300Ω
I1（mA）
Ri （KΩ）
U1（V）
RL=600Ω
别处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼的五种情况，记取此时的电阻 值并描绘出 UC 之变化曲线。
3、EWB 仿真实验 1）、 测量负阻抗的伏安特性，计算电流增益 K 及等效负阻。
2）、用伏安法测定具有负内阻电压源的伏安特性。
3）用示波器观察 RLC 串联电路的方波响应。 （1）R=10KΩ
表 14-2
R（Ω） 12000 10000 5000 2500 1200 1000 800 700 600
U（V）
I（mA）
3、用示波器观察 RLC 串联电路的方波响应。 实验电路如图 14-8 所示。
RS R
+
US
-
∞
+-R
RL C
图 14-8
电阻 RS 对于 RLC 串联电路相当于是负电阻，增加 RS 相当于减小了 RLC 串联回路的总电 阻数值。 实验时，先取 R>RS，然后逐渐减小 R 使响应分别出现过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和 负阻尼的五种情况。 （1） 从方波发生器取出方波，使方波电压 UMS=1V，f=500HZ （2） 观察电路参数与过渡过程的关系。当 L=0.1H，C=0.01μF 时，调整电阻 R 使电路分
ZL
图 14-3
当 Z1 = R1 = 1KΩ ， Z2 = R2 = 300Ω 时；
k = Z2 = R2 = 3 Z1 R1 10
若
ZL
=
RL时，Zi
=
−
10 3
RL
；
1
若
ZL =
，
jcω
则
10 Zi = − 3
1 = jωL , jωC
10 1 L=
3 ω 2C
若 ZL = jωL ，
Zi
=
10 −
I2
U2
+ US
R0 +
U2
US
−
−
0
I2
图 14-5
3、 研究 RLC 串联电路的方波响应。 在二阶电路的实验中研究 RLC 串联电路的方波响应时，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过阻尼情况，临界阻尼情况和欠阻尼情况三种形式。图 14-8 是利用具有负内阻的方波电源作为激励。由于电源的负内阻可以和电感的电阻相“抵消”。 响应类型可以出现 RLC 串联回路总电阻为零的无阻尼等幅振荡情况和电阻小于零的负阻尼 发散振荡情况。
I1（mA） Ri （KΩ）
（1）调节负载电阻的阻值，使 RL=300Ω。 （2）令直流稳压电源的输出电压在（0-1V）范围内，取表 14-1 中的不同值时，分别测量 INCI 的输入电压 U1 及输入电流 I1，将测量结果填入表 14-1 中。 （3）使 RL=600Ω，重复上述测量。 （4）计算： 等效负阻：
Ri
=
U1 I1
理论计算值：
Ri
=
U1 I1
=
10 −
3
RL
电流增益：
（5）绘制负电阻的伏安特性曲线 U1=f（I1）
2、用伏安法测定具有负内阻电压源的伏安特性。 实验电路如图 14-7 所示。
1000Ω
RS I1
+ US
−
∞
+
+
−
1000Ω
I2
A
+
U2 V
RL
−
图 14-7
电源用 1V 电压，RS 取为 300Ω，负载电阻 RL 从 12kΩ开始减少,至到 600Ω。
1 I&1
I&2 2
+
+
U&1
−
(k +1)I&2
U& 2
−
1'
2'
图 14—1 INIC
在理想情况下，其电压、电流关系为：
对于 INIC 型： U&1 = U&2 ， I&1 = kI&2 （k 为电流增益） 对于 VNIC 型： U&1 = −kU&2 , I&1 = −I&2 （k 为电压增益）
五、实验原理 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，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。
3
jωL
=
1
31
jωC , C = 10 ω 2L
2、应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源,电路如图 14-4 所示
I3
I4
R
R0 I1
+ US
−
∞
+
+
−
R
I2 + U 2 RL −
图 14-4
U2 端为等效负内阻电压源的输出端。由于 U+=U-=U2,I1=-I2 故输出电压 U2=US-R0I1=US+R0I2 显然，该电压源的内阻为-R0，输出端电压随输出电流的增加而增加。具有负内阻电压 源的等效电路和伏安特性曲线如图 14-5 所示。
围内可获得良好的线性度。
I&3
I&4
Z1
I&1 + Zi U&1 U&1 −
∞
+
+
−
Z2
I&2
+ U&2 ZL −
根据运放理论可知：
U&1 = U& + = U&− = U&2
I&1 = I&3 , I&2 = I&4 ∴ I&1Z1 = I&2Z2
Zi
=
U&1 I&1
=
U& 2 kI&2
=−
Z1 Z2
如果在 INIC 的输出端接上负载 ZL，如图 14--2 所示，则它的输入阻抗 Z i 为：
Zi
=
U&1 I&1
=
U& 2 kI&2
=−
1 k
ZL
I&1
+ U&1 −
INIC
I&2
+
U& 2
ZL
−
图 来自百度文库4-2
本实验用线性运算放大器组成如图 14-3 所示的 INIC 电路，在一定的电压、电流的范
（2）R=6.324 KΩ （3）R=3KΩ
（4）R=0.3KΩ （5）R=0.2KΩ
负阻抗变换器及其应用
一、实验目的 1、 学习用线性集成运算放大器构成负阻抗变换器。 2、 学习负阻抗变换器的测量方法。 3、 了解负阻抗变换器的应用。
二、 实验属性（综合性）
三、实验仪器设备及器材 计算机及其 EWB 软件。
四、实验要求 1、 预习时仔细阅读实验指导书，复习教材的有关内容。 2、 了解实验目的、原理和任务。
六、实验步骤： 1、测量负阻抗的伏安特性，计算电流增益 K 及等效负阻抗。实验线路如图 14-6 所示。
1000Ω
I1 mA + U1 −
∞
+
+
−
300Ω
+ U 2 RL −
图 14-6 负阻抗电路
表 14-1
U1（V）
0
0.2
0.6
0.8
1
RL=300Ω
I1（mA）
Ri （KΩ）
U1（V）
RL=600Ω
别处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼的五种情况，记取此时的电阻 值并描绘出 UC 之变化曲线。
3、EWB 仿真实验 1）、 测量负阻抗的伏安特性，计算电流增益 K 及等效负阻。
2）、用伏安法测定具有负内阻电压源的伏安特性。
3）用示波器观察 RLC 串联电路的方波响应。 （1）R=10KΩ
表 14-2
R（Ω） 12000 10000 5000 2500 1200 1000 800 700 600
U（V）
I（mA）
3、用示波器观察 RLC 串联电路的方波响应。 实验电路如图 14-8 所示。
RS R
+
US
-
∞
+-R
RL C
图 14-8
电阻 RS 对于 RLC 串联电路相当于是负电阻，增加 RS 相当于减小了 RLC 串联回路的总电 阻数值。 实验时，先取 R>RS，然后逐渐减小 R 使响应分别出现过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼和 负阻尼的五种情况。 （1） 从方波发生器取出方波，使方波电压 UMS=1V，f=500HZ （2） 观察电路参数与过渡过程的关系。当 L=0.1H，C=0.01μF 时，调整电阻 R 使电路分
ZL
图 14-3
当 Z1 = R1 = 1KΩ ， Z2 = R2 = 300Ω 时；
k = Z2 = R2 = 3 Z1 R1 10
若
ZL
=
RL时，Zi
=
−
10 3
RL
；
1
若
ZL =
，
jcω
则
10 Zi = − 3
1 = jωL , jωC
10 1 L=
3 ω 2C
若 ZL = jωL ，
Zi
=
10 −
I2
U2
+ US
R0 +
U2
US
−
−
0
I2
图 14-5
3、 研究 RLC 串联电路的方波响应。 在二阶电路的实验中研究 RLC 串联电路的方波响应时，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过阻尼情况，临界阻尼情况和欠阻尼情况三种形式。图 14-8 是利用具有负内阻的方波电源作为激励。由于电源的负内阻可以和电感的电阻相“抵消”。 响应类型可以出现 RLC 串联回路总电阻为零的无阻尼等幅振荡情况和电阻小于零的负阻尼 发散振荡情况。
I1（mA） Ri （KΩ）
（1）调节负载电阻的阻值，使 RL=300Ω。 （2）令直流稳压电源的输出电压在（0-1V）范围内，取表 14-1 中的不同值时，分别测量 INCI 的输入电压 U1 及输入电流 I1，将测量结果填入表 14-1 中。 （3）使 RL=600Ω，重复上述测量。 （4）计算： 等效负阻：