电路实验实验报告

运算放大器电路应用（二） 转器设计班级：07081902姓名：邵辰焕学号：0708190232日期：2009-3-30摘要：运算放大器是一种电压放大倍数很高的放大器，常用于模拟计算机设计，是应用最广泛的有源元件和多端元件之一，有稳定性高，高增益，高输入电阻和低输出电阻的特性。本实验在Multisim7软件仿真下利用T型电阻网络来实现旋转器的功能而其中最核心的负电阻转换器使用运算放大器来实现。关键字：运算放大器负电阻旋转器引言:旋转器是一种将一个电路的伏安特性曲线在坐标轴上旋转一定角度的电路。本实验要求用运算放大器设计一个旋转器电路，要求其旋转角度3=-15。〜一85°（顺时针）定标系数R=1KQ的,本次实验选用Multisim7软件，在仿真的情况下模拟完成这个电路的设计.正文:实验原理：旋转器电路原理简述如下旋转器符号如图a所示，可以将线性或非线性元件在u-i平面内旋转一个角度，产生新的电路元件。旋转器“旋转”前后如图b所示。若将一个具有图b中A的u-i特性的非线性电阻元件接在图一的端口，则在图一的U2端口得到图二中B的u-i特性曲线。从图二可见，曲线B是曲线A逆时针旋转了8角。设曲线A上一点P的坐标（u,i），离原点距离为r，TOC\o"1-5"\h\z贝I」有u=rcosa,i=rsina （1）点P逆时针旋转了8角后到Q点，坐标（ul,订）为u1=rcos(a+0)=rcosacosO—rsinasinO； (2)i1=rsin(a+O)=rcosasinO+rsinacosO； (3)将式(1)代入式(2)，得：u1=ucosO—isinO (4)将式(1)代入式(3)，得：i1=usinO+icosO (5)式（4）中，cos8无量纲，sin8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：u1=ucosO—iRsinO （6）同样，式（5）中cos8无量纲，sin8是电导的量纲，要除一个定标系数R。因而式（5）成为：i1=usinO/R+icosO （7）在图a中，定义i=—i2，u=u2，因此有参数方程：u1=u2cosO+i2RsinO，cos0sincos0sin0~R~-Rsin0cos0u2-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：iicc9）211121因此有0=一Rtaniicc9）211121因此有0=一Rtan—,R=Rsin0(10)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R3为负，即R3

是负电阻，图（C）就可以实现旋转器的功能。 3 3 1 I 1 I R1 占 r2R3图（c）实验材料与设备装置：计算机,Multisim7实验电路

6其中，R=R=一Rtan,R12251

sin6当在u端口(即实验线路上接电阻的右端口)接上负载，u端口(即实验线路上的接电源的左端口)接上激励后，设定好旋转角度一e1

sin6注：ii?的单位为mA,u，u的单位为V,计算时方向如图a。—e=arctan(i/u)—arctan(i/u)2211实验参数：1)线性负载：1．旋转角度为—30°时实验参数：Rl=R2=267.949Q,R5=2000Q,R6=1000Q,R3=R4=180Q实验数据：输入电压(V)输出电流(mA)输入电压(V)输出电流(mA)旋转前角度(度)旋转后角度(度)旋转角度(度)1.00000.26220.73300.733014.695545.0000-30.30452.00000.53201.46501.465014.896245.0000-30.10513.00000.80102.19702.197014.949745.0000-30.05164.00001.06902.92902.929014.963145.0000-30.03835.00001.33803.66003.661014.981845.0092-30.02746.00001.60804.39204.393015.003245.0078-30.00477.00001.87605.12405.126015.003245.0125-30.00938.00002.14405.85605.857015.003245.0062-30.00319.00002.41206.58806.589015.003245.0057-30.002510.00002.68107.32007.320015.008545.0013-29.99282．旋转角度为—50°时实验参数：R1=R2=466.308Q,R5=1305.407Q,R6=1000Q,R3=R4=180Q实验数据：输入电压(V)输出电流(mA)输入电压(V)输出电流(mA)旋转前角度(度)旋转后角度(度)旋转角度1.0000-0.09300.71100.7120-5.313245.040050.35322.0000-0.18101.41201.4120-5.171245.000050.17123.0000-0.26702.13002.1300-5.085945.000050.08594.0000-0.35402.84002.8400-5.057545.000050.05755.0000-0.44203.54903.5480-5.051844.991950.04376.0000-0.52804.25904.2590-5.029145.000050.02917.0000-0.61504.96804.9680-5.021045.000050.02108.0000-0.70205.67705.6780-5.014945.005050.01999.0000-0.79006.38706.3870-5.016445.000050.016410.0000-0.87807.09607.0970-5.017745.000450.0181

3．旋转角度为－70°时实验参数：Rl=R2=700.207Q,R5=1064.178Q,R6=1000Q,R3=R4=180Q实验数据：输入电压输出电流输入电压输出电流旋转前角度（度）旋转后角度（度）旋转角度1.0000-0.47400.78300.7830-25.302745.0000-70.30272.0000-0.93901.56201.5630-25.150845.0197-70.17053.0000-1.40402.34202.3420-25.080345.0000-70.08174.0000-1.86903.12103.1210-25.045145.0000-70.04645.0000-2.33403.90103.9010-25.023945.0000-70.02526.0000-2.80004.68004.6810-25.017645.0074-70.02517.0000-3.26405.46005.4590-24.999744.9961-69.99588.0000-3.72906.23906.2390-24.992145.0000-69.99359.0000-4.19407.01807.0190-24.986345.0054-69.991710.0000-4.65907.79807.7980-24.981545.0000-69.9829分析：（1）不同的旋转角对应着旋转器电路的不同参数值，设定R约等于负电阻阻值的绝对值，在R与54R的比值恒为一时，随着旋转角度数绝对值的增大，R与R的阻值也要随之增大，才能保证偏转相343应的角度。（2） 在U1由小变大的过程中，旋转角的精确度是变化的。总体上，电压越小越精确，当电压超过一定量时，旋转角会有很大的偏差。（3） U2端的负载R的大小对实验数据也会有影响。为了方便起见，取R=1000Q，这时右边端口266

伏安曲线实际是一条45°的直线，这样便于计算偏转角，简化了数据处理过程。（2）非线性负载：用二极管代替R61．旋转角度为－30°时实验参数：R1=R2=267.949Q,R5=2000Q,R3=R4=180Q实验数据：输入电压输出电流输入电压输出电流旋转前角度（度）旋转后角度（度）旋转角度1.00000.42600.65200.874023.074753.2788-30.20412.00002.09800.68202.823046.371376.4206-30.04933.00003.80400.69604.800051.740781.7520-30.01134.00005.51900.70506.785054.068284.0704-30.00235.00007.23900.71108.775055.368785.3702-30.00156.00008.96100.717011.000056.196786.2732-30.07657.000011.00000.721013.000057.530586.8281-29.29768.000012.00000.72500.015056.31161.185355.12639.000014.00000.728017.000057.266587.5505-30.2840

10.000016.00000.731019.000057.996387.7993-29.80302．旋转角度为－50°时实验参数：Rl=R2=466.308Q,R5=1305.407Q,R3=R4=180Q实验数据：输入电压(V)输出电流(mA)输入电压(V)输出电流(mA)旋转前角度(度)旋转后角度(度)旋转角度1.00000.08000.64800.76904.574149.8822-45.30822.00001.04300.67502.157027.542972.6254-45.08263.00002.02500.68803.559034.020479.0613-45.04094.00003.01400.69704.965036.999182.0113-45.01225.00004.00700.70306.373238.709883.7079-44.99806.00004.99900.70807.783039.801184.8048-45.00367.00005.99400.71209.193040.574285.5738-44.99968.00006.99000.716011.000041.146686.2784-45.13189.00007.98600.719012.000041.584986.5737-44.988710.00008.98300.722013.000041.934686.8237-44.88913．旋转角度为－70°时实验参数：R1=R2=700.207Q,R5=1064.178Q,R3=R4=180Q实验数据：输入电压(V)输出电流(mA)输入电压(V)输出电流(mA)旋转前角度(度)旋转后角度(度)旋转角度1.0000-0.33300.65000.8320-18.418352.0028-70.42112.00000.00930.67201.88800.267270.4098-70.14263.00000.36100.68302.94806.861876.9580-70.09624.00000.78100.69104.010011.048380.2252-69.17695.00001.07600.69705.072012.145282.1778-70.03266.00001.43500.70206.135013.451083.4748-70.02387.00001.79500.70607.198014.382884.4007-70.01798.00002.15600.71008.261015.083385.0902-70.00699.00002.51700.71309.324015.625085.6297-70.004710.00002.87800.716010.000016.056385.9071-69.8509分析：(1)与电阻负载类似，实验所设计的旋转器电路较好地实现了两端口间的伏安特性曲线的角度“旋转”，但随着U1端电压的增大，角度误差也会增大，这可能与运算放大器的性能参数有关。(2)虽然换成二极管这一非线性元件，但在电压U1大于零的情况下，呈现出的伏安关系曲线还是近似为直线，且右端口的伏安关系曲线近似为一条平行于纵轴的直线。关于伏安关系曲线是直线这个现象,我猜想是由于在所施加的端电压是正电压的情况下，二极管处于导通状态，相当于被短路，因此实际电路中等效于只有纯电阻，那么两端口各自的伏安曲线自然也应该是直线。总结：本实验利用运算放大器构造T型电阻网络来实现旋转器网络,其中较复杂的一部分即为负电阻的实现，由运算放大器的相关知识我构造了上述的实验电路，接着，就是通过模拟仿真确定其中各元件的参数