电工技能培训专题-负阻抗变换器的研究.doc
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1、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51所示。图51通常,把端口11处的U1和I1称为输入电压和输入电流,而把端口22处的U2和-I2称为输出电压和输出电流。U1、I1和U2、I2的指定参考方向如图51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U1 =U2 I1=( )()式中K1为正的实常数,称为电流增益。由上式可见,
2、输出电压与输入电压相同,但实际输出电流-I2不仅大小与输入电流I1不同(为I1的1/ K1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I2的参考方向相同)。对于VNIC,有U1= U2 I1 = 式中K2是正的实常数,称为电压增益。由上式可见,输出电流-I2与输入电流I1相同,但输出电压U2不仅大小与输入电压U1不同(为U1的1/K2倍)而且方向也相反。若在NIC的输出端口22接上负载ZL,则有U2= -I2ZL。对于CNIC,从输入端口11看入的阻抗为对于VNIC,从输入端口11看入的阻抗为若倒过来,把负载ZL接在输入端口1
3、1,则有U1=-I1ZL,从输出端口22看入,对于CNIC,有对于VNIC,有综上所述,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。 NIC可用受控源来实现,图52(a)和(b)分别给出了实现CNIC和VNIC的原理图。(a) (b)图52实用上通常采用运算放大器来实现NIC。本实验所用的CNIC即由线性集成运算放大器(HA17741型)构成,在一定的电压、电流范围内具有良好的线性度,其原理电路如图53所示。图53我们把选用的运算放大器作为理想运算放大器来处理,则根据理想运算放大器的以下性质:(1) 电压放大倍数A,即运算放大器的同相、反相两个输入端如果不是直接接
4、在理想电压源(或受控电压源),则两个输入端的电压相等(虚短路)。(2) 输入阻抗Zi ,即电入两个输入端的电流为零。应有=U2,I3Z1= I4Z2 ,I1=I3和I2=I4,因此,得I1Z1=I2Z2式中,K1=Z2/Z1为电流增益。输入端口11看入的阻抗为本实验中,取Z1=R1=1K,Z2=R2=300,得当ZL=RL时当时其中,当ZL=jL时,其中,C=三、实验内容1 测量负电阻的伏安特性,计算电流增益K1及等值负阻图54(1) 接通电源,检查15V电压,当电源接入正常时方可进行实验。(2) 按图54接线。(3) 调节电阻箱使负载电阻RL=500。(4) CNIC零点失调电压测量。输入短
5、路,用数字万用表测量R1上的电压UR1,记下UR1值,若过大则数据处理时要进行修正。(5) 改变稳压源输出电压为正、负不同值时分别测量U1及UR1 记入表1。(6) RL=1K,重复上述实验,数据表格自行设计。由前面可知,流入运算放大器输入端的电流为零,故I1全部流过R1因此I1可由式算出。注意UR1的参考方向,当UR1的实际方向与参考方向相反时,测得的UR1读数为负,则I1也为负值,即I1的实际方向与参考方向相反。表1 RL500U1(V) 321-1-2-3UR1(V) I1= UR1/ R1(mA) R-= U1/ I1()计算负电阻的平均值,负电阻的理论计算值表2 误差计算列表如下:R
6、L() () ()R_= ()(R_)100%5001000(7) 注意事项a CNIC的输入电压绝对值U13(V),输入电流绝对值I13(mA)。b 本实验也可采用正弦交流信号源。但应注意信号源内阻RS8,因CNIC的11端口为短路稳定端口,过高的信号源内阻会使CNIC不稳定。若RS超过8,则可在信号源输出端口并联一个电阻箱调节电阻箱的阻值使等值输出电阻小于8。应该指出,并联电阻将使信号源输出电压降低,当信号源内阻RS较大时,尤为严重,这一点要特别注意。2测定负内阻电压源的外特性(1) 按图55接线。若稳压电源的内阻近似为零,则11端口的左边部分相当于电源电压为Us内阻为Rs+的有源二端网络
7、(为的熔断丝电阻)。根据CNIC的性质,22端口的左边电路也等效于一个有源二端网络,而且等效电源电压仍为Us,等效内阻为负电阻。图55换言之,22端口的左边电路就是一个具有负内阻的电压源。按照图55所示的电压、电流参考方向,有U2=U1=UsI1(Rs+Rf1) 而 I1 =K1 I2,得上式的等效电路如图56(a)所示。(a) (b) 图56 通常,规定电源支路的电流参考方向与电压参考方向相反因此取I2= I2,则上式的等效电路如图56(b)所示。此时,负载RL上的电流参考方向就和电压参考方向一致了。(2) 固定Us=1V,Rs=500。改变RL取0范围内不同值时分别测量U2及U记入表4。由
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- 电工 技能 培训 专题 阻抗 变换器 研究
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