运算放大器电路

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1、电工电子综合实验运算放大器电路应用负阻抗变换器和旋转器设计学院 电光学院班级 10043301学号姓名2012年4月13日运算放大器电路应用旋转器设计摘要：用运算放大器设计一个旋转角9 =-30 （顺时针），定标系数R=lkQ旋转 器电路。并使用multisim软件实现对其的仿真。关键字：运算放大器 旋转器 负电阻 Mul tisimlO Excel引言：旋转器可以将线性或非线性元件在u-i平面上旋转一个角度，产生新的电 路元件。通过线性和非线性元件做负载，验证旋转角度。正文：实验原理：旋转器电路原理简述如下：旋转器符号：可以将线性或非线性元件在ui平面旋转一个角度，产生新的电路元件。 旋转器

2、“旋转”前后图b：若将一个具有图b中A的ui特性的非线性电阻元件接在图a的U端口，则在 图a的U端口得到图b中B的u-i特性曲线。曲线B是曲线A反时针旋转了 G 角。设曲线A上任意一点P（u，i）,离远点距离为r,则有u=rcos 0 1 i=rsin 0- （1）点P逆时针旋转了 0角后到Q点，坐标（ul , i1 ）为urcos(a + 0)=rcosa cos 0rsina sin 0； (2)li =rsin(a+0)=rcosa sin0rsina cos0；(3)l将式(1)代入式(2),得：u=ucos0isin0(4)1将式(1)代入式(3)，得：i=usin0icos0 (5

3、)1式（4）中，cos 0无量纲，sin 0是电阻的量纲，因而要乘一个定标系数R。 定标系数R的大小取决于u-i曲线中电压和电流的单位，R=u/i。 式（4）成为：u=ucos0iRsin01(6)同样，式（5）中cos0无量纲，sin0是电导的量纲，要除一个定标系数R。 因而式（5）成为：i =usin0/Ricos0 (7)在图a中，定义i二一i2，u=u2，因此有参数方程：u=ucos0iRsin0，1 2 2i=usin0/Ricos0 (8)1 2 2cos0 sin 0 R-R sin 0cos0u2-i2用T形电阻网络的旋转器来实现，对应 参数的3个电阻是:A - 1 R = H

4、1 ACC21因此有R1 二 R2 一Rtan|，R3 二R為(io)式（10）中，R为定标系数。由于定义了逆时针为正，对于旋转顺时针即为：一e角，故在顺时针旋转时，式（10）中 R为负，即R是负电阻，图（C）就可以实现旋转器的功能。33R2R1R3图（c）根据以上原理，我们与实现一旋转角e为15-85度（顺时针）的旋转器,对于不同的角度，电路中个参数应为R=R，R应该有不同的值，但正如我们所123知的那样，现如今的实验室并没有负电阻的存在，因此我们需要设计出负电阻。 电路P99可知，只需用一个运算放大器，对其设定特定参数即可达到 目标，其原理如下：（虚线部分所示）ui+由虚断丄得i=i ,i

5、 =i =u /R o虚短特性知：i二u/R i R +i R =0,故321 i 11 i 1，3322i =-u R /R R，输入电阻为R=u/i=-RR/R。该运算放大器构成的电路实现3-213i i132了负电阻。实验内容:1，负阻抗变换器改变 V1 值，测量负电阻值，观察实际结果与理论值是否相符VI/v567891011121314I/mA-2.504-3.005-3.505-4.004-4.505-5,004-5.503-6.006-6.506-7.005R3/kQ-1.997-1.997-1.997-1.998-1.998-1.998-1.999-1,998-1.998-1.9

6、99E=|21.998/2|=0.10.E 值很小，所以可得出所测负电阻值接近于理论值。2，旋转器(1)使用lkQ的电阻作为负载，改变电源电压，读取电流表和电压表读 数，测量并计算旋转前后的角度，验证旋转器功能。u/vIl/mAI2/mAU3/V91（前）9（后）A951,3373.6613.6617545-3061.6054.3934.39375.02245-30.02271.8725.1255.12575.02645-30.02682.1415.8755.87575.01945-30.01992.4096.5886.58875.01545-30.015102.6777.3217.32175

7、.01545-30.015112.9438.0548.02575.02244.885-30.137123.2138.7868.78475.01145-30.011133.4819.5189.51675.01145-30.011143.74810.2510.24875.01145-30.011线性电阻B-A验证实验。v沪万用2）将线性电阻改为非线性元件二极管，重复（1）步骤，4.541 mA268LtH卜 -r 1XMM2AVdb300Q5设置If* IU/VIl/mAI2/mAU3/mV91（前）9（后）A90.20.0550.152144.35374.6237543.52189-31.101

8、860.50.4330.629215.35349.1074418.89985-30.207590.80.8881.174247.2542.0157211.89296-30.122761.52.0232.506286.26536.555946.516755-30.03918534.5425.436326.23333.444843.434397-30.01044357.9479.386354.47132.17682.1628-30.01469.65911.369364.38531.847821.835744-30.012076711.37413.354372.71531.609751.598731

9、-30.011019813.09215.341379.89831.427441.418558-30.008882914.8117.33386.21131.286951.276665-30.0102851016.53119.32391.84231.170751.161895-30.008855非线性元件A-B结果讨论与总结：根据实验数据得出，本实验满足了最初的要求，R=1,旋转角达到了-30度。 在实验中，各元件参数的选取对实验结果很重要，如电阻值的选取。在做非线性元件实验时，U的取值也很重要，我最初没有考虑到二极管的特性（电 压到达一定值时，电压变化很小，而电流变化很大，可近似看做一条导线），取 值较大，结果所做的图形没有达到预期效果。二极管的曲线只是呈现了一条直线， 于是又重新选取 U 的值，完成了实验。在实验数据中发现，在一定的范围内，所选取的电压越大，实验结果越接近理论 值。整个实验中，运用了 multisim, word，excel软件，由于操作不熟练，耗费了较多时间致谢：感谢电工电子实验指导老师张燕老师，电子电工实验老师的帮助与指导。参考文献：电工仪表与电路实验技术编著：马鑫金 出版：机械工业出版社电路编著：黄锦安 出版：机械工业出版社