實(shí)驗(yàn)六回轉(zhuǎn)器的研究

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1、實(shí)驗(yàn)六回轉(zhuǎn)器的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解回轉(zhuǎn)器的基本特性及其運(yùn)放實(shí)現(xiàn)。2．掌握回轉(zhuǎn)器參數(shù)的測(cè)試方法，了解回轉(zhuǎn)器的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理回轉(zhuǎn)器的概念是B.D.H.Tellegen于1948年提出的。六十年代由L.P.Huelsman及B.A.Sheei等人用運(yùn)算放大器及晶體管電路實(shí)現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)器是一種二端口器件，其電路符號(hào)如圖6—1所示。它的電流與電壓的關(guān)系為I1=gU2I2=—gU1或?qū)懗蒛1=－rI2U2=rI1圖6—1式中g(shù)和r=分別稱為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)和回轉(zhuǎn)電阻，簡(jiǎn)稱回轉(zhuǎn)常數(shù)。用矩陣形式可表示為或　　若在回轉(zhuǎn)器2—2′端口接以負(fù)載阻抗ZL，則在1—1′端口

2、看入的輸入阻抗為如果負(fù)載阻抗ZL在1—1′端口，則從2—2′端口看入的等效阻抗為　　由上可見(jiàn)，回轉(zhuǎn)器的一個(gè)端口的阻抗是另一端口的阻抗的倒數(shù)(乘上一定比例常數(shù))，且與方向無(wú)關(guān)(即具有雙向性質(zhì))。利用這種性質(zhì)，回轉(zhuǎn)器可以把一個(gè)電容元件“回轉(zhuǎn)”成一個(gè)電感元件或反之。例如在2—2端口接入電容C，在正弦穩(wěn)態(tài)條件下,即ZL=，則在1－1′端口看入的等效阻抗為式中，　為1—1′端口看入的等效電感。同樣，在1—1′端接電容Ｃ，在正弦穩(wěn)態(tài)條件下，從2—2′看進(jìn)去的輸入阻抗Ｚin2為式中Ｌeg＝r2C可見(jiàn)回轉(zhuǎn)器具有雙向特性?；剞D(zhuǎn)器具有的這種能方便地把電容“回轉(zhuǎn)”成

3、電感的性質(zhì)在大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中得到重要的應(yīng)用?！　』剞D(zhuǎn)器是一個(gè)無(wú)源元件。這可以證明如下，按回轉(zhuǎn)器的定義公式，有上式說(shuō)明回轉(zhuǎn)器既不發(fā)出功率又不消耗功率?！　∫话阏f(shuō)來(lái)，線性定常無(wú)源雙口網(wǎng)絡(luò)滿足互易定理，而回轉(zhuǎn)器雖然也是屬于線性定常無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，但并不滿足互易定理。這一點(diǎn)可以簡(jiǎn)單論證如下。參照?qǐng)D6—1,如果在1—1′端口送入電流I1=1安，則在2—2′端口開(kāi)路時(shí)，有I2=0,而U2=r伏。反之，在2—2′端口送入電流安，在1—1′端口的開(kāi)路電壓伏?？梢?jiàn)，即不滿足互易定理?；剞D(zhuǎn)器可以用多種方法來(lái)構(gòu)成?，F(xiàn)介紹一種基本構(gòu)成方法。把回轉(zhuǎn)器的導(dǎo)納矩陣分解為這樣就

4、可以用兩個(gè)極性相反的電壓控制電流源構(gòu)成回轉(zhuǎn)器，如圖6—2所示。圖6—2圖6—3本實(shí)驗(yàn)使用的回轉(zhuǎn)器由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，如圖6—3所示。假設(shè)：1．運(yùn)算放大器是理想運(yùn)算放大器，即：輸入阻抗Zi→∞,流入兩個(gè)輸入端的電流為零，電壓放大倍數(shù)A→∞，兩個(gè)輸入端的電壓相等(虛短路)。2．回轉(zhuǎn)器的輸入幅度不超過(guò)允許值，以保證運(yùn)算放大器在線性區(qū)工作。根據(jù)以上假設(shè)，則圖6—3中有：容易推導(dǎo)圖6—3二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流矩陣方程如下：已知回轉(zhuǎn)器的電壓、電流矩陣方程為比較以上兩個(gè)矩陣方程，應(yīng)有=0=0=g=-g現(xiàn)選定Z1=Zd=R1=1KΩZ2=Z3=Zc=R2=1

5、00ΩZ4=Za=R3=2KΩ　　　Zb=R4=300Ω則回轉(zhuǎn)電導(dǎo)為或回轉(zhuǎn)阻為三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．測(cè)定回轉(zhuǎn)電阻(1)接通電源，檢查15V電壓，當(dāng)電源接入正常時(shí)方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖6—4(2)按圖6—4接線。調(diào)節(jié)RL為500Ω→∞范圍內(nèi)不同值時(shí)分別測(cè)量U1，U2及UR。將測(cè)量數(shù)據(jù)記入表1并計(jì)算出回轉(zhuǎn)電阻ｒ?；剞D(zhuǎn)電阻可由下式求出：。表1RL(Ω)5001K2K4K7K12K20K32K50K∞U1(V)UR(V)I1=UR/R(mA)U2(V)I2=-U2/RL(mA)r2=U2/I1(Ω)r2=-U2/I2(Ω)（3）注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)既可采用直流穩(wěn)壓源提供

6、的直流電壓又可采用函數(shù)發(fā)生器提供的正弦交流電壓。當(dāng)采用直流電源時(shí)，輸入電壓和輸入電流應(yīng)分別不超過(guò)3V和3mA;當(dāng)采用交流電源時(shí)，輸入電壓和輸入電流的有效值應(yīng)分別小于2V和2mA,頻率可固定在200Hz。2．驗(yàn)證回轉(zhuǎn)器的線性性質(zhì)r2=U2/I1(Ω)回轉(zhuǎn)器在額定工作頻率范圍內(nèi)是線性元件，這一點(diǎn)可以用圖6—4的線路加以驗(yàn)證。(1)RL=2KΩ，改變穩(wěn)壓電源輸出電壓為不同值時(shí)分別測(cè)量U1及UR。將測(cè)量數(shù)據(jù)記入表2并計(jì)算出輸入電阻。表2RL=2KΩU1(V)UR(V)321-1-2-3(2)固定RL=5KΩ，改變穩(wěn)壓電源輸出電壓為不同值時(shí)分別測(cè)量U1及

7、UR。數(shù)據(jù)表格自行設(shè)計(jì)，并計(jì)算出輸入電阻。(3)注意事項(xiàng)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1相同。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證：常數(shù)3．驗(yàn)證非互易性圖6—5(1)按圖6—5(a)接線。調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓使U=2V，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量UR2。(2)按圖6—5(b)接線。保持穩(wěn)壓電源輸出電壓使V，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量UR1(注意讀數(shù)的正負(fù)性)。(3)數(shù)據(jù)表格自行設(shè)計(jì)。4．用回轉(zhuǎn)器和電容來(lái)模擬電感（ch2倒相）圖6—6按圖6—6接線。函數(shù)發(fā)生器選定正弦波輸出，調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器輸出電壓使=1V，在200Hz~1KHz范圍內(nèi)變化函數(shù)發(fā)生器頻率（注意：頻率變化時(shí)，負(fù)載變化，會(huì)有變化），用晶體管毫伏表

8、測(cè)量在不同頻率值時(shí)的Ui、U1及UR將數(shù)據(jù)記入表3，并計(jì)算出等效電感Leg。表32003004005006007008009001000Ui(V)U1