运算放大器电路应用旋转器设计Word文件下载.docx
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9131109301
学号：
913110930127
姓名：
赵秋宇
日期：
2015年3月27日
摘要
通过运用运算放大器来实现负电阻转换器的制作，并把负电阻转换器接入T型电阻网络，分别用电阻和二极管做负载，运用Multisim软件仿真，实现角度的转换，产生新的电路元件。
[关键字]运算放大器负电阻旋转器旋转角
引言：
在本实验中，用运算放大器设计了一个旋转角θ=—（顺时针），定标系数R=1KΩ的旋转器电路。
再分别用电阻和二极管做负载，测量并计算是否旋转了设计的角度，并作出旋转前后的伏安特性曲线图。
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。
I1
I2
AU1U2B
图（a）
旋转器“旋转”前后如图b所示。
图（b）
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A的U2端口，则在图A的U1端口得到图B中B的u-i特性曲线。
从图B可见，曲线B是曲线A逆时针旋转了θ角。
设曲线A上一点P的坐标（u,i）,离原点距离为r，则有
u=r
i=r
（1）
点P逆时针旋转了θ角后到P’点，坐标（u1,i1）为
u1=r=r－r；
（2）
i1=r=r＋r；
（3）
将式
（1）代入式
（2），得：
u1=u－i（4）
将式
（1）代入式（3），得：
i1=u＋i（5）
式（4）中，无量纲，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=u－iR（6）
同样，式（5）中无量纲，是电导的量纲，要除一个定标系数R。
因而式（5）成为：
i1=＋i（7）
在图A中，定义i=－i2，u=u2，因此有T参数方程：
u1u2
i1-i2（8）
用T形电阻网络的旋转器来实现，对应参数的3个电阻是：
（9）
由于定义了旋转逆时针为+θ角，对于旋转顺时针即为－θ角,故在顺时针旋转时，式（9-10）中R3为负,即R3是负电阻，图（c）就可以实现旋转器的功能。
图（c）T形电阻网络的旋转器
根据以上原理，为了实现旋转角15-85度（顺时针）的旋转器，电路中个参数应为R1=R2，R3应该有不同的值，而R3是负电阻，因此需要设计出一个负电阻。
根据教材《电路》第99页，一个运算放大器、三个电阻和一个电压源即可设计成负电阻，原理图如下：
由欧姆定律及运算放大器的虚短特性可知，输入电阻（负电阻）为，当R1=R2时，负电阻即为-R3，负电阻电阻电路如下图所示
E很小，与理论值相符，因此负电阻是可靠的。
一、测量并计算线性元件做负载时旋转前后的伏安特性“角度”
1、实验电路图
要做一个旋转角度为-45度的旋转器，定标系数R=1000，
电路图如下：
2、实验数据：
3、旋转前后伏安特性曲线图：
4、数据分析：
（1）在本实验中R3、R4、R5取得都是近似值，所以对实验结果产生
了一定的影响，造成一定的误差。
（2）
由于E很小，所以实验测出的旋转角度与理论值基本一致，说明
当线性元件做负载时，旋转器的旋转角度是可靠的。
二、测量并计算线性元件做负载时旋转前后的伏安特性“角度”
要做一个旋转角度为-45度的旋转器，定标系数R=1000
所以电路图如下：
3、旋转前后伏安特性曲线图：
4、数据分析：
（1）本实验要做一个旋转反时针为-45度角的旋转器，观察实
验数据发现，输入电压越大时旋转角越接近45度。
（2）与线性元件做负载是相同，在本实验中R3、R4、R5取得都
是近似值，所以对实验结果也产生了一定的影响，造成一定的误差。
（3）根据旋转前后的伏安特性曲线可以看出，负载为二极管时
的伏安特性曲线基本为直线。
二极管在电路中一端与输入电压正极相
连，另一端与地相连，二极管具有单向性，由电路图可看出，此二极管
的状态为导通，在电路中可能被等效为一个纯电阻，因此伏安特性曲线
基本为直线。
总结
在本实验中，我学习了Multisim仿真软件的使用，截图工具的运用，在用软件进行仿真中遇到了一些问题，书写论文是也遇到了麻烦，例如公式的书写等，但也都一一克服，这离不开老师的指导与纠正，还有同学们的热心帮助，通过这次电工电子实验学会了很多，收获了很多，
感谢老师的指导和帮助！
参考文献：
1、《电路》
黄锦安主编机械工业出版社
2、《电子仪表与电路实验技术》
马鑫金编著机械工业出版社
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