回转器的研究

回转器的原理与应用5050309090--杨帆 5050309091--刘俊良 5050309092--那日松 5050309093--陈铭明5050309689--赵佳佳 5050379004--白恒远摘要：在中规模电路器件中，大家对运算放大器最为了解，而回转器也是一个相当重要的器件。

回转器的概念是B.D.H.Tellegen 于1948年提出的。

六十年代由L.P.Huelsman 及B.A.Sheei 等人用运算放大器及晶体管电路实现，它如今在工业生产中发挥着重要作用。

下面我们就把回转器的原理和一些应用简单介绍一下。

关键字：回转器 阻抗逆变原理1 基本概念和原理：理想回转器（gyrator ）是实际回转器的理想化模型，简称回转器。

回转器是一种典型的两端口电路元件，他的符号如图1所示。

图1：回转器符号其电压—电流关系为：1221u r u ri =−⎧⎨=⎩i u （1） 或表示为：1221i gu i g =⎧⎨=−⎩ （2）式中，r 称为回转电阻，g 称为回转电导，简称回转比。

两者互为倒数，是表示回转器特性的参数。

根据上式，回转器的等效电路如图2所示。

图2：回转器等效电路2 端口特性对于一个二端口元件，描述它的最好方法是找到它的端口特性。

由回转器的电压-电流关系，可以得到它的二端口电路参数矩阵。

其中， 开路电阻矩阵 R=00r r −⎛⎞⎜⎝⎠⎟； 短路电导矩阵 G=； 00g g ⎛⎞⎜⎟−⎝⎠传输参数矩阵 T= 100r r ⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎝⎠由于参数矩阵不可逆，所以回转器是一个非互易的二端口元件。

3 功 率在任一瞬时，输入回转器的功率为112221120p u i u i ri i ri i =+=−+=这表明回转器与理想变压器一样，既不储存能量，也不消耗能量，也是一种无源元件。

4 应 用通过上面的原理简单介绍,可以看出:理想回转器可以建立两个端口的电压电流关系。

这自然使我们想到了两种特殊的电路元件--电容和电感。

回转器的原理与应用回转器的原理与应用摘要：理想回转器的功能主要依靠运算放大器来实现，它的主要特性是能够把输出输入两端的电流与电压“回转”。

工业生产中，在大规模集成电路中，通常利用回转器的这一特性，将电容元件回转成电感元件。

关键字：回转器运算放大器电容模拟电感引言：在课程中，对于回转器只是简单介绍，但在工业上回转器是一个很重要的元件。

回转器(Gyrator)作为一种理想的网络元件，于l948年由特立根(B．D．H Tellegan) 首次被引用到网络理论中。

它是一种非贮能性的传输元件，其重要的特性可以是把电容元件回转成电感元件。

正文：回转器的主要特性回转器是一种新型的二端口元件，其符号如图1所示，其特性表现为它能将一端口上的电压“回转”为另一端口上的电流。

图1 回转器符号端口量之间的关系为i1=gu2i2=?gu1或u1=?αi2 u2=αi1示中，g为回转系数，具有电导的量纲，称为回转电导，α = 1/g 称为回转比。

回转器的原理与实现回转器可以由晶体管或运算放大器等有缘器件构成。

图2所示的电路是一种用两个负阻抗变换器来实现的回转电路。

图2 回转器电路图利用运算放大器的“虚短”和“虚断”的特性，可以列出并求解电路方程，得到回转器的端口特性。

证明：根据KCL可列出方程 i = -( i2 + i3) = -( i2+ u2/R )根据KVL可列出方程 u1 = u2+ ( -i2– u2/R ) R = -Ri2又有 i1 = i7– i5= ( u2+ iR )/R – i5并且根据“虚断”特性 i5 = i6= i所以 i1 = ( u2+ iR )/R – i = u2/R由此可以得到端口特性i1=u2 Ri2=?u1回转电导g = 1/R回转器的应用高质量的电感元件一般需要用线圈和磁心绕制成，其占用体积较大，很难在晶片上制作。

而电容元件在晶片上易于制作。

利用回转器特性，它可以将一个电容负载转换为一个电感负载。

回转器及其应用实验心得
实验中所得结果与理论值略有不同，原因首先可能是由于运算放大器不是理想运放造成的，除此之外，还可能是因为构成回转器的各电阻并不绝对相等，对回转器的特性有一定的影响。

对回转器级联构成变压器的实验进行仿真，观察负载电阻的变化对电路特性的影响，回转器电路的稳定性，当负载为100Ω时，电路正常；缓慢增大负载，当负载增大到123.5Ω时，开始几秒内波形正常，但在输出四个周期之后，输出电压会呈现指数式的增长，即电路不稳定。

说明对于实际的回转器，其稳定性容易受到外界条件的影响。

实验结论：
1、回转器是一种非互易元件，具有负载变换特性，能够将电感（电容）回转成电容（电感）。

2、回转器级联能够构成理想变压器。

电压比与两回转器的回转电阻有关。

3、实际中的回转器的稳定性容易受外部因素的影响。

实验收获：
1、通过设计并完成本实验，学会了用电路原理的理论设计实验，并且学会了处理实验中的各种异常状况，增强了自己的实验能力。

2、通过查找资料，加强了对电路原理理论的理解。

实验报告五 回转器的设计与研究1、电路课程设计目的（1）利用运算放大器设计电路，实现回转器；（2）用实验方法测定回转器参数并与理论计算值比较。

2、设计电路原理与说明理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，不消耗功率也不发出功率，是一个无源线性元件。

回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质。

正是如此，可利用回转器将一个电容回转为一个电感，这为集成电路中对于电感元件难以集成的问题提供了一种解决的方法，即用便于集成的电容代替电感。

回转器矩阵方程为112200i u g i gu ⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭112200u i r u r i -⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭其中，g 具有电导量纲，称为回转电导；r 具有电阻量纲，称为回转电阻，它们均为常数，亦称为回转常数，且1g r =。

设计电路图如下：1320R R ==Ω 2410R R ==Ω121'2'图一利用运算放大器的“虚短”“虚断”概念，对O 1的同相端列KCL 方程有2421u u i R -=对O 2同相端列KCL 方程有213u i R -=又流过R 2和R 4的电流相同有12424u u u R R -=故42112R i u R R =写成矩阵形式为31122412100R i u i u R R R ⎛⎫-⎪⎛⎫⎛⎫⎪=⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭当1234R R R R =时，即满足回转器的条件，矩阵形式为3112231010R i u i u R ⎛⎫-⎪⎛⎫⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪⎝⎭回转电导31g R =，回转电阻3r R =。

现取1320R R ==Ω，2410R R ==Ω，故0.05g s =，20r =Ω。

3、电路课程设计仿真内容与步骤及结果（1）在1-1’ 端口接入电源，在2-2’ 端口接入10Ω电阻，测量I 1 I 2 U 2；图二1212200.6u i ==Ω21 5.999200.3u i -=≈Ω （2）在2-2’ 端口接入电源，在1-1’ 端口接入10Ω电阻测量I 2 I 1 U 1；图三125200.25u i ==Ω 2110200.5u i --==Ω-（3）测量回转器将电感回转为电容的特性；图四波形图为图五电流超前电压，表现出电容的特性。

回转器实验报告回转器实验报告引言：回转器是一种常见的实验装置，用于研究物体在旋转时产生的力和动力学特性。

本次实验旨在通过构建一个简单的回转器装置，探究回转器的基本原理和运行机制，并分析其在不同条件下的性能表现。

一、实验目的本实验的主要目的如下：1. 理解回转器的基本原理和结构；2. 探究回转器在不同转速下的性能变化；3. 分析回转器在不同负载条件下的工作特性；4. 讨论回转器在实际应用中的局限性和改进方向。

二、实验装置与方法1. 实验装置：本次实验所使用的回转器装置主要包括一个电动机、一个转轴、一个负载轮和一套数据采集系统。

电动机通过转轴将动力传递给负载轮，数据采集系统用于记录转轴转速和负载轮的转动情况。

2. 实验方法：在实验开始前，首先将电动机与转轴连接，并将负载轮安装在转轴上。

然后，通过调节电动机的转速，记录不同转速下转轴的转动情况。

接着，改变负载轮上的负载，记录不同负载条件下转轴的转速和负载轮的转动情况。

最后，根据实验数据进行分析和讨论。

三、实验结果与讨论1. 回转器转速与负载关系：根据实验数据，我们可以得出回转器的转速与负载之间存在一定的关系。

当负载增加时，回转器的转速会下降；当负载减小时，回转器的转速会增加。

这是因为负载的增加会增加回转器所需的力矩，从而降低转速。

2. 回转器转速与电动机转速关系：实验还表明，回转器的转速与电动机的转速之间存在一定的关系。

当电动机的转速增加时，回转器的转速也会增加；当电动机的转速减小时，回转器的转速也会减小。

这是因为电动机提供的动力直接影响着回转器的转速。

3. 回转器的性能与负载轮材料的关系：在实验中，我们还发现负载轮的材料对回转器的性能有一定的影响。

当负载轮的材料较轻时，回转器的转速会相对较高；当负载轮的材料较重时，回转器的转速会相对较低。

这是因为负载轮的材料质量会影响回转器所需的力矩。

四、实验结论通过本次实验，我们得出了以下结论：1. 回转器的转速与负载之间存在一定的关系，负载增加会导致转速下降。

回转器设计实验报告实验课程：电路实验与实践实验名称：回转器设计学号:031150204姓名：蔡慧敏实验目的：1.加深对回转器特性的认识，并对其实际应用有所了解。

2.研究如何用运算放大器构成回转器，并学习回转器的测试方法。

二、实验原理1. 回转器是理想回转器的简称，它能将一端口上的电压（电流）“回转“成另一端口上的电流（电压）。

端口变量之间的关系为:I1=gU2 或 u1=-ri212二 gU1 u2=ri1式中：r、g为回转系数，为回转电阻，g为回转电导。

2. 两个负阻抗变换器实现回转器:入 时 :Rin=1/(g2RL) 回转电导 :g=1/R三、实验仿真软件PSpice 仿真软件四、实验步骤1. 测回转电导 g ：回转器输入端接信号发生器，调得US=1.5V （有效值），输出端接负载电阻 RL=200Q ，分别 测U1, U2, 11，求g 。

2.记录不同频率下 U1 、I1 的相位关系：回转器输出端接电容，C 分别取0.1卩F 、0.22卩F ，用 示波器观察f 分别为500Hz 、1000Hz 时U1和11的相位关系。

3.测由模拟电感组成的并联谐振电路的 Uc~f 幅频特性：取C 仁0.1卩F 经回转器成为模拟电感，另取C=0.22卩F ,则 f0=1.073kHz, 符合要求。

信号源输出电压有效值保持为 1.5V 不变，改变频率（200Hz 〜2000H3 ,测Uc 的值，同时观察 US 和 UC 的相位关系。

（串联一取样电阻，阻值 1k Q ） 五、仿真实验电路图及数据用电阻接一般情况 :Zin=1/（g2ZL ）1 .测量回转电导g,仿真结果如图1-1所示;模拟数据：：U 仁22.48uV U2=16.05uV g=u1/1000/U2=1.00X10-3 S 2.回转器等效电感电路仿真;仿真曲线:150 37uV1.337mAW\249 39nA115.07nAuA741147 18uV R9 w Ik■1 33 7mA 1+■(0.1uf 500Hz)(0.1uf 1000Hz)(0.22uf 1000Hz)(0.22uf 500Hz) 3. RLC并联电路仿真结果;Uc - F关系图六、（见手抄版）七、实验体会从星期天开始做仿真电路开始到今天已经是第四天，终于完成了了的时候，有一种很单纯的开心，从一开始不知所云开始，到一步步解决过程中遇到的困难，好像把这个学期所有的电路实验都连起来了一样，甚至于许多没做过的实验，记得在实验电路课堂上做仿真电路的时候，就只是按照书上的步骤照葫芦画瓢，设置的那些参数自己都不知道有什么用，而在这次的实验中，真是从新学了 PSPICE 的软件，各种参数设置的意义，还有许多图形符号的意义。

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=2KΩV2=2.000 R8=1KΩR8=2KΩ③由电路图知-13S10.01-⨯-=理g,R8/k ΏV1/VI1/mAU2/VI2/mAg测/1-S(g=I1/U2)g理/1-S%100|-|⨯理理测ggg1 1.000 1.00-1.0001.00-1.00310-⨯-1.00310-⨯2 1.000 1.999-1.9991.00-1.00410-⨯1 2.000 2.00-2.0002.00-1.00410-⨯2 2.0003.963-3.9631.982-1.00410-⨯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。

实验二十三 回转器一、实验目的1. 掌握回转器的基本特性2. 测量回转器的基本参数3. 了解回转器的应用 二、原理说明1. 回转器是一种有源非互易的新型两端口网络元件， 电路符号及其等效电路如图23-1(a)、(b)所示。

图 23-1 理想回转器的导纳方程如下： I 1 0 g u 1＝ ，或写成 i 1＝gu 2 ，i 2＝－gu 1 I 2 -g 0 u 2也可写成电阻方程：u 1 0 -R i 1＝ ，或写成u 1＝－R i 2 ，u 2＝R i 1 u 2 R 0 i 2式中g 和R 分别称为回转电导和回转电阻，统称为回转常数。

2. 若在2-2'端接一负载电容C ，则从1-1'端看进去就相当于一个电感，即回转器能把一个电容元件“回转”成一个电感元件；相反也可以把一个电感元件“回转”成一个电容元件，所以也称为阻抗逆变器。

2-2'端接有C 后，从1-1'端看进去的导纳Y i 为2222211/i u g g i gu u i Y i -=-== Cj Z i u L ω122=-=Lj C j g Y i ωω1/2==∴，式中2g C L =为等效电感。

3. 由于回转器有阻抗逆变作用，在集成电路中得到重要的应用。

因为在集成电路制造中，制造一个电容元件比制造电感元件容易得多，我们可以用一带有电容负载的回转器来获得数值较大的电感。

图23-2为用运算放大器组成的回转器电路图。

112,22U 2(a)11,U 12U 2(b)图 23-2三、四、实验内容实验线路如图23-3所示。

R S 跨接于HE-13挂箱中G 线路板左下部的二个插孔间。

1. 在图23-3的2-2'端接纯电阻负载（电阻箱）， 信号源频率固定在1KHz ，信号电压≤3伏。

图 23-3 用交流毫伏表测量不同负载电阻R L 时的 U 1、U 2 和U RS ， 并计算相应的电流I 1、I 2和回转常数g ，一并记入表23-1中。