负阻抗变换器实验教程

实验二 负阻抗变换器的应用一、实验目的1．了解负阻抗元件在电路中的应用，扩展电路理论技术的研究。

2．掌握电路测量的方法。

二、实验原理1．应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源原理图如2-1(a)所示，负阻抗变换器的输入端口接入一个有伴电压源，则输出端口伏安特性：, , 11S 1i i R i U u u -=-== ，)(S S R i U iR U u --=+=。

可见输出端口的等效电路为具有负电阻的电压源。

如图2-1(b)所示。

该电压源的电压=U S ，内阻R - =(-R )，输出端口端电压随输出电流的增加而增加，其伏安特性曲线如图2-1(c)所示。

2．负阻抗元件的阻抗逆变作用负阻变换器的阻抗逆变原理可由图2-2中分析得出。

负阻抗变换器的负载为容性负载，输入端口并联一个正电阻R 。

则入端输入阻抗为：L R CR R CCRR R C R R C R Z in '+=+=---=++-+-=ωωωωωωj j j 1j )j 1()j 1(22即入端阻抗为电阻R 和电感的串联，等值电感L '=CR 2。

同样若将图中的电容器换成电感器L ，输入电路就等效为电阻和电容的串联，等值电容C ′ =L /R 2。

3．二阶动态电路(RLC 串联电路)的方波响应研究二阶动态电路(RLC 串联电路)的方波激励时，响应类型只能观察到过阻图2-2 负阻抗的阻抗逆变ZU (b)i(c)图2-1 含负内阻的实际电压源22’R L(a)+_ Δ ∞ 1k Ω 图2-61k Ω500Ω200Ω ～CH1 CH2a cb 500Ω0.1μF+ i 1C 2 R LU ++Δ ∞ + - S U+U -U1k Ω 1k Ω图2-5mA0U321 8 4+12V -12V+-I +-R图2-3R- + - C r L L u S 尼，临界和欠阻尼三种形式。

现采用如图2-1(a )所示的具有负内阻的方波电源作为激励源来构成RLC 二阶动态电路，如图2-3所示。

负阻变换器实验一、实验目的：1、了解有源器件的特性及负阻电路的构成2、学习使用负阻电路 二、原理：U ZI IZ IU -=22所以输入阻抗为Z I U I U Z in-===2211三、实验内容：1、图6-6 (测V) R L (Ω) 300 500 700800900I(mA)2、图6-7 (测V)R L =400ΩR 1(Ω) 15030040050010002000I(mA)R L ERLE图6-6 图6-7实验六 负阻变换器一、实验目的1、了解负阻变换器的原理及特性。

2、学习使用负阻变换器二、原理1、负阻变换器是由有源器件构成的一种特殊阻抗变换器。

它有两种形式：一种是电流反向型负阻变换器，另一种是电压反相型负阻变换器。

本实验只研究电流反向型负阻变换器(以下简称负阻变换器)。

负阻变换器可以用运算放大器构成。

如图6-1所示。

设运算放大器为一理想运算放大器（差动电压增益、输入阻抗、带宽均为无穷大，共模电压增益、输出阻抗、失调电压、失调电流均为零。

）UZI I图6-1由于 021=-U U 所以21U U = 且R I U U 101 =- R I U U 202 =- 所以R I R I 21 =21I I =由图6-1，有Z IU -=22所以输入阻抗为Z I U I U Z in===2211（6-1） 由此可见输入阻抗为负载阻抗的负值，因而可用它来实现各种负阻抗元件，当负载为一电阻（R L ）时，输入端等效为一负电阻（-R L ）。

若负载为电容，则输入端等效为电感，反之亦然。

2、负阻变换器可等效为一个（有源）元件，它与普通的R 、L 、C 元件进行串一并联时，求无源元件等效阻抗的计算方法和计算公式同样适用。

3、用负阻变换器可以构成具有负内阻的电压源，如图6-2所示，为了求得它的端部特性。

将图中虚线内的那一部分电路看作一个有源二端网络。

利用戴维南定理，由图6-3所示电路，得其开路电压S U U =2R L图6-2U 图6-3由图6-4所示电路，得其等效电阻S SR I R I I U I U R -=''''-=''''=''''=1111220这样，图6-2所示电路就简化为图6-5所示电路。

负阻抗变换器及其应用一、实验目的1．了解负阻抗变换器的组成原理。

2．学习测试负阻变换器的特性。

3．进一步研究二阶RLC 电路的动态响应，扩展负阻抗变换器的应用。

二、原理说明1．用运算放大器组成电流倒置型负阻抗变换器的原理。

图6-4-2-1（a ）虚线框所示的电路是一个用运算放大器组成的电流倒置型负阻抗变换器，6-4-2-1（b ）、(c)为其等效电路及电路符号。

由于运放“+”端和“—”端之间为虚短路，且运放的输出阻抗为无穷大，故有：UpUn = 即 12U U = 而运放的输出电压0U 为：0131242UU I R U I R -=-= 得： 3142IR I R = 又因： 13II = ，24I I = 得：1122IR I R = 根据图6-4-2-1所示的2U 与2I 的参考方向可知：22LU I Z =-因此电路的输入阻抗：12121221L L in U U R Z Z KZ R I R I R =-===- 12R K R =称为电流增益负阻抗变换器的电压电流及阻抗关系如下：21UU = ，21I KI = ，L in Z KZ =-Z L+-U 2z i.+-.U .1.(b)+-（a ）图6-4-2-1 电流倒置型负阻抗变换器可见，这个电路的输入阻抗的负值，也就是说，当负载端接入任意一个无源阻抗时，在激励端就得到一个负的阻抗元件，简称负阻元件。

在本装置中令 12R R R == ，则1K =，L in Z Z =-（1）若L Z 为纯电阻R ，则in Z R =-称为负电阻，如图6-4-2-2（a ）所示.i 1+--R -图6-4-2-2 纯负电阻电路纯负电阻伏安特性是一条通过坐标原点且处于2、4象限的直线，如图6-4-2-2（b ）所示，当输入电压u1为正弦信号时，输入电流1Iy 与电压u1相位相反，如图6-4-2-2（c ）所示。

（2）若L Z 为纯电容，即：1L Z j Cω=则：1L in Z Z j L j Cωω==--=，（这里21L Cω=） （3）若L Z 为纯电感，即：L Z j L ω=则：1L in Z Z j L j Cωω=-=-=，（这里21C L ω=）2．负阻抗变换元件（-Z ）与普通的无源R 、L 、C 元件Z’作串、并联时，其等值阻抗的计算方法与无源元件的串、并联计算公式相同，即：+-.U.(c)+-i 1u 1(b)i 1u 1i 1u 1(c)Z 串Z Z '=-+ Z 并ZZ Z Z '-='-+3．应用负阻抗变换器，可以构成一个具有负内阻的电压源，其电路如图6-4-2-3(a)所示。

负阻变换器实验报告1. 引言负阻变换器是一种常见的电路，用于将一个正阻抗转换为对应的负阻抗。

在本实验中，我们将通过搭建电路并进行测量，验证负阻变换器的原理和性能。

2. 实验目标本实验的主要目标是：•理解负阻变换器的工作原理；•掌握搭建负阻变换器电路的方法；•测量并分析负阻变换器的性能。

3. 实验原理负阻变换器的原理基于电路中的负反馈。

通过适当的电路配置，可以将输入电压与输出电流之间的关系转换为输入电压与输出电压之间的关系，从而实现正阻抗到负阻抗的转换。

在负阻变换器电路中，常用的元件是负电阻元件，它的电流与电压之间的关系为负值。

负电阻元件可以通过搭建激励电路和测量电路的方式实现。

4. 实验步骤4.1 准备工作在进行实验之前，需要准备以下实验器材和元件：•信号发生器•电阻箱•电压表•电流表•连接线•电源4.2 搭建电路根据负阻变换器的电路图，使用连接线和元件搭建电路。

确保电路连接正确，电阻和电源的数值符合实验要求。

4.3 测量电路参数使用信号发生器提供输入信号，并分别测量输入电压和输出电压。

通过电压表和电流表测量电压和电流的数值。

4.4 分析实验结果根据测量得到的数据，计算输入电压与输出电压之间的关系，并绘制相应的图表。

通过图表分析，可以判断负阻变换器的性能。

5. 实验结果与讨论在本实验中，我们使用了负阻变换器电路，搭建了相应的实验装置，并测量了输入电压和输出电压的数值。

通过计算和图表分析，可以得到实验结果。

根据实验测量的数据，我们可以看到输入电压与输出电压之间存在线性关系，且斜率为负值。

这说明我们成功地将正阻抗转换为了负阻抗。

6. 结论本实验通过搭建负阻变换器电路并测量实验数据，验证了负阻变换器的原理与性能。

实验结果显示，负阻变换器能够将正阻抗转换为对应的负阻抗。

通过本实验的实践操作，我们对负阻变换器的工作原理有了更深入的理解，并掌握了搭建和测量负阻变换器电路的方法。

7. 参考文献[1] 张三. 电路原理与应用. 北京: 清华大学出版社, 2010.[2] 李四. 电子电路设计导论. 北京: 人民邮电出版社, 2012.[3] 王五. 电路实验指南. 北京: 高等教育出版社, 2015.。

电工电子综合实验报告——负阻抗变换器和回转器的设计一、摘要本文提出了利用运算放大器实现：（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。

而它在线性工作区的两个特性：“虚短”及“虚短”使得它有了广泛的应用。

如比例器、加法器、减法器、积分器等。

本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。

2、负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。

它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。

该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。

3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。

它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。

也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口电流（或电压）的能力。

它的一个重要用途就是将电容“回转”成电感，或反之。

三、正文（一）实验材料与设备装置本实验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。

（二）实验过程1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图1—1）图1—1 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U1 1 0 U2 ，其中 1 0= T=I1 0 -1/k I2 0 -1 /k当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

⑵电压反向型负阻抗变换器（VINC）（图1—2）图1—2 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1 -k 0 U2 ，其中-k 0= T=I1 0 1 I2 0 1当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

电工电子综合实验报告——负阻抗变换器和回转器的设计一、摘要本文提出了利用运算放大器实现：（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。

而它在线性工作区的两个特性：“虚短”及“虚短”使得它有了广泛的应用。

如比例器、加法器、减法器、积分器等。

本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。

2、负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。

它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。

该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。

3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。

它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。

也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口电流（或电压）的能力。

它的一个重要用途就是将电容“回转”成电感，或反之。

三、正文（一）实验材料与设备装置本实验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。

（二）实验过程1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图1—1）图1—1 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U1 1 0 U2 ，其中 1 0= T=I1 0 -1/k I2 0 -1 /k当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

⑵电压反向型负阻抗变换器（VINC）（图1—2）图1—2 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1 -k 0 U2 ，其中-k 0= T=I1 0 1 I2 0 1当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

实验二十二 负阻抗变换器一、实验目的1. 加深对负阻抗概念的认识， 掌握对含有负阻的电路分析研究方法。

2. 了解负阻抗变换器的组成原理及其应用。

3. 掌握负阻器的各种测试方法。

二、原理说明1. 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。

有些非线性元件（如燧道二极管）在某个电压或电流范围内具有负阻特性。

除此之外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。

该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器。

按有源网络输入电压电流与输出电压电流的关系，负阻抗变换器可分为电流倒置型和电压倒置形两种(INIC 及VNIC)，其示意图如图22-1所示。

图 22-1在理想情况下，负阻抗变换器的电压、电流关系为： INIC 型：U .2＝U .1，I .2＝K I .1 （K 为电流增益） VNIC 型：U .2＝-K 1U .1，I .2＝-I .1 （K 1为电压增益）2. 本实验用线性运算放大器组成如图22-2所示的INIC 电路， 在一定的电压、电流范围内可获得良好 的线性度。

根据运放理论可知： U .1＝U .+＝U .－＝U .2又 I .5＝I .6＝0， I .1＝I .3，I .2＝－I .4,1·1·I U Z i =,13·1·3·Z U U I -=21·3·22·3·4Z U U Z U U I -=-= ∴ I .4Z 2＝－I .3Z 1，－I .2Z 2＝－I .1Z 1，图 22-2IN IC22U 1U V N IC U -K 11Lii∴11·22·Z I Z Z U L-=⋅∴)(21211·1·1·2·Z Z K KZ Z Z Z Z I U I U L L i =-=⋅-===令 Z 1 R 1 当 Z 1＝R 1＝R 2＝Z 2＝1K Ω时，K ＝──＝──＝1 Z 2 R 2 (1)若 Z L ＝R L 时， Z i ＝－KZ L ＝－R L1 1 1(2)若 Z L ＝ ── 时，Z i ＝－KZ L ＝－ ── ＝j ωL （令 L ＝ ── ） j ωC j ωC ω2C 1 1(3)_若 Z L ＝j ωL 时，Z i ＝－KZ L ＝－ j ωL ＝── （令 C ＝ ── ） j ωC ω2L（2）（3）两项表明，负阻抗变换器可实现容性阻抗和感性阻抗的互换。

电工电子综合实验报告——负阻抗变换器和回转器的设计一、摘要本文提出了利用运算放大器实现：（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。

而它在线性工作区的两个特性：“虚短”及“虚短”使得它有了广泛的应用。

如比例器、加法器、减法器、积分器等。

本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。

2、负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。

它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。

该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。

3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。

它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。

也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口电流（或电压）的能力。

它的一个重要用途就是将电容“回转”成电感，或反之。

三、正文（一）实验材料与设备装置本实验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。

（二）实验过程1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图1—1）图1—1 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U1 1 0 U2 ，其中 1 0= T=I1 0 -1/k I2 0 -1 /k当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

⑵电压反向型负阻抗变换器（VINC）（图1—2）图1—2 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1 -k 0 U2 ，其中-k 0= T=I1 0 1 I2 0 1当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。

实验二十七负阻抗变换器的研究1实验目的1.加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻抗器件电路的分析方法。

2.了解负阻抗变换器的工作原理及其运放实现。

3.掌握负阻抗变换器的各种测试方法。

2实验器材1.QY-DT01电源控制屏2.直流稳压电源3.函数信号发生器4.QY-DG05通用电路实验模块5.QY-DG14受控源／回转器／负阻抗变换器实验模块6.示波器3实验原理1.负阻抗是电路理论中一个重要基本概念，在工程实践中广泛的应用。

负阻抗的产生除某些线性元件(如燧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外，一般都由一个有源双口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或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器(NIC)。

按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系，可分为电流倒置型和电压倒置型两种（INIC及VNIC），电路模型如图1 所示。

图1负阻抗变换器电路模型理想情况下，两种负阻抗变换器的电压、电流变换关系为：（1） 对于INIC 型：12U U = , 21I KI = (K 为正的常实数电流增益) （公式1）（2） 对于VNIC 型： 211U K U =- ， 21I I =- (K 1为电压增益) （公式2）由（公式1）可见，输入电压1U 经传输后等于输出电压2U ，大小和极性均未改变，但电流1I 经传输后变为2KI ，即大小和方向都变了，故名电流倒置型；由式（公式2）可见，经传输后，21I I =-，但电压的大小和正负极性都变了，故名电压倒置型。

2. 阻抗变换作用今在NIC 的输出端接以阻抗Z L ，如图26-2所示，则其输入阻抗可由（式1）求得：1221112121()i L U U U Z Z K I K I K I ====---或由（式2）可得122212i L U K U Z K Z I I -===--图2阻抗变换原理图可见Z i 为Z L 的（-1/K 1）倍或（-K 2）倍，即把正阻抗Z L 变换成了负阻抗，亦即能把R ，L ，C 元件分别变换为-R/K 1，L /K 1，C/K 1（或-K 2R ，-K 2L ，-K 2C ），故名负阻抗变换器。