负阻抗变换器和回转器的设计
16.6 回转器和负阻抗变换器
本节介绍两种特殊的二端口器件： 本节介绍两种特殊的二端口器件：
回转器和负阻抗变换器
一、回转器
回转器是一种线性非互易的多端元件。 回转器是一种线性非互易的多端元件。 回转器是一种阻抗逆变器，可用于将电容回转成电感。 回转器是一种阻抗逆变器，可用于将电容回转成电感。 1、电路符号图 、 i2 i1 + u1 + u2 -
0 − r Z= r 0 0 g Y== - r i2 u2 = r i1 或 i1 = g u2 i2 = -g u1
u1i1+u2i2= - r i2 i1 + r i1 i2 = 0
理想回转器既不消耗功率又不发出功率， 理想回转器既不消耗功率又不发出功率，它 是一个无源线性元件 无源线性元件。 是一个无源线性元件。且互易定理不适用于回转 器。
4、回转器的应用 、 回转器具有把一个端口上的电流 回转” “回转”为另一端口上的电压或相反过 程的性质。 程的性质。 应用这一性质回转器可以把一个电 容回转为一个电感， 容回转为一个电感， 这在微电子器件中为用易于集成的 电容来实现难于集成的电感提供了可能 来实现难于集成的电感 电容来实现难于集成的电感提供了可能 性。
0 U 2 − I 1 2
4、负阻抗的实现(以电流反向型为例) 、负阻抗的实现 I1 + U1 NIC I2
Z2
U1 1 0 U 2 I = 0 − k − I 2 + 1
U2 U2 = - Z2I2
U1 ( s ) U 2 (s) = 输入阻抗 Zin= I1 ( s ) kI 2 ( s )
电容回转为电感. 若C=1µF，r = 50k ，则L=2500H.电容回转为电感 ， 电容回转为电感
负阻抗变换器和回转器1
负阻抗变换器和回转器设计运算放大器的应用摘要抗变换器和回转器是两个具有实用意义的器件。
本文从理论和仿真分析两方面研究负阻抗变换器的性能并得到一些实用的结论。
并且对负阻抗进行了详细的分类讨论，从不同角度分析了负阻抗变换器的实现。
进而讨论如何用两个负阻抗变换器实现回转器，以及讨论回转器在实现模拟电感上的应用。
关键词运算放大器；复阻抗变换器；回转器；模拟电感；姓名：赖森锋学号：0804210127引言近代电路理论和电工电子技术的发展，在实践中又研究了许多种新型元件，例如负阻抗变换器(negative-impedance convertor，NIC)和回转器，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。
负阻抗变换器（NIC）一般由一个有源双口网络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。
负阻抗变换器可分为电流反相型（INIC）和电压反相型(VNIC)。
通过此次研究与设计，了解负阻抗变换器的原理及其运算放大器的实现，加深对负电阻(阻抗)特性的认识。
同时研究INIC和VNIC接法的开路稳定性及短路稳定性。
它们不但在理论上，而且在实践上都有很重要的意义。
负阻抗变换器能够起逆变阻抗的作用，即具有把一个正阻抗变为负阻抗的本领，分电流反向型和电压反向型。
回转器能回转阻抗的特性，广泛用于大规模集成电路。
因为在一个极小的单晶片上制造尺寸小且无损耗的电感元件非常困难，但电容元件却易于制作，利用回转器将电容元件回转为电感元件，即能实现上述要求。
本文首先研究了负阻抗变换器的一些基本性质，然后介绍如何利用负阻抗变换器实现回转器，进而指出其应用。
正文一．负阻抗变换器的电路理论工程中常有一些非线性元件在一定的工作区域呈现负阻抗的特性（如隧道二极管等），可以利用运算放大器二端口网络可以形成一个等效的线性负阻抗，而这种由有源元件组成的网络称作负阻抗变换器。
14.5回转器和负阻抗变换器
+
u1
+
u2 C
u1 ri 2 u2 ri 1 du2 i 2 C dt
du2 u1 ri 2 rC dt di1 di1 2 r C L dt dt
Lr C
2
从端口1看，u1, i1关系为一等效电感关系，L= r2C. 若 r =50k, C =1F 则 等效电感 L=2500H ！ （3） 回转器不消耗功率(能量)，也不储能。是线性无源元件。
u1 1 i1 0
0 u2 i k 2
T 参数矩阵
（2） 阻抗变换器关系 (以INIC为例)
I1
+ U1
I2
INIC
+ U2
ZL
U 1 U 2 I 1 kI 2 U2 ZL I2
U1 U 2 Ua Uc U1 Uc I1 R1 R1 U2 Uc I2 R2
R1 I 1 R2 I 2 R2 I I1 2 R1
R1
I1
+ U1
a b
+
c R2
I2
+ U2
U 1 U 2 R2 k R2 R1 I1 I2 R1 0 1 U1 U2 R2 I1 0 R I 2 1
电流反向型
负阻抗变换器
R1
I1
i1 i2
+ u1
UNIC
电压反向型
+ u2
u1 ku2 i1 i 2
u1 k i1 0
负阻抗变换器和回转器的设计
负阻抗变换器和回转器的设计摘要 本文简要介绍了负阻抗变换器（NIC ）和回转器的原理，通过实验研究NIC 的性能，并应用NIC 性能作为负内阻电源研究其输出特性，还将这负电阻应用到R LC 串联电路中， 从中观察到除过阻尼、临界阻尼、负阻尼外的无阻尼等幅振荡和总电阻小于零的负阻尼发散震荡；并且利用负阻抗变换器实现回转器，进而利用回转器将电容回转成模拟纯电感,还利用模拟的电感组成RLC 并联谐振电路。
关键字 负阻抗变换器 运算放大器 二端口网络 回转器 回转电导 模拟电感 并联谐振1.负阻抗变换器的原理负转换器是一种二端口网络，通常，把一端口处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把另一端口’处的U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如下图中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种， 电路图分别如下图的（a ）（b ）所示：图中U 1和I 1称为输入电压和输入电流， U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图1-1、1-2中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于INIC ，有U 1 =U 2 ；I 1=( 1K -)（2I -）式中K 1为正的实常数，称为电流增益。
由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。
换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。
对于VNIC ，有U 1= 2K - U 2 ； I 1 = 2I -式中K 2是正的实常数，称为电压增益。
由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。
负阻抗变换器和回转器的设计
负阻抗变换器和回转器的设计摘要本论文详细地推导了利用运算放大器实现的负阻抗变换器和回转器的原理，并根据原理设完成了负阻抗变换器和回转器的设计以及实验验证和分析，实验过程是通过利用Multisim 软件进行的电路仿真，并在本章中给出了实验方法和具体的实验数据以及仿真过程中的真实截图，实验中的数据通过表格的方式给出，并绘制了曲线图。
关键词 运算放大器 负阻抗变换器 回转器引言 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。
负阻的产生除某些非线性元件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。
回转器有把一个端口上的电流“回转”为另一端口上的电压或相反过程的性质。
正是由于这一性质，使回转器具有把一个电容（ 电感）回转为一个电感（ 电容）的本领。
用电容元件来模 拟电感器是回转器的主要应用之一，特别是模拟大电感量和低损耗的电感器。
正文1. 设计要求（1）用运算放大器设计一个负阻抗变换器电路，研究其端口关系。
（2）用运算放大器设计一个回转器电路。
1）推导其基本方程。
2）测量其回转参数g ，验证其满足基本方程。
3）将负载电容“回转”成一个电感量为0.1~1H 的模拟纯电感，用实验的方法验证该模拟量的电感特性及电感量准确性，并于理论值进行比较。
2. 设计原理（1）用运算放大器组成电流倒置型负阻抗变换器的原理。
Z L+-U 2z i.+-.U .1.(b)+-（a ）图1 电流倒置型负阻抗变换器图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，（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：Up Un = 即 12U U =而运放的输出电压0U 为：0131242U U I R U I R -=-= 得： 3142I R I R = 又因： 13I I =，24I I = 得：1122I R 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：21U U =，21I KI =，L in Z KZ =-，以上关系既是负阻抗变换器的T 参数方程。
回转器电路设计报告资料
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。
回转器的设计实验报告
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。
电路 实验十五 负阻抗变换器与回转器
实验十五 负阻抗变换器与回转器一、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)图 15-1 负阻抗变换器在理想情况下，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＝-K1U .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15-2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。
5-2线性运算放大器组成的负阻抗变换器根据运放理论可知： 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 .4Z2＝－I .3Z1，－I .2Z2＝－I .1Z1， ∴ 11·22·Z I Z Z U L -=⋅IN IC I 11I 2I 1I 2I 2U 1U 2U 1U V N IC U -K 11k∴)(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＝1KΩ时，K ＝──＝──＝1 Z 2 R 2 (1)若Z L ＝R L 时，Zi ＝－KZ L ＝－R L1 1 1(2)若Z L ＝ ── 时，Z i ＝－KZ L ＝－ ── ＝jωL （令 L ＝ ── ） jωC jωC ω2C 1 1 (3)若Z L ＝jωL 时，Z i ＝－KZ L ＝－ jωL ＝── （令 C ＝ ── ） jωC 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。
§10-4 回转器与负阻抗变换器
1 p = u1i1 + u 2 i 2 = u1i1 + (ri1 )(− u1 ) = 0 r
表明：流入回转器端口1－1′的瞬时功率等于流出端 口2－2′的瞬时功率，因此回转器不是储能元件。
例10－4 求图示回转器端口的输入阻抗。
+
& 1 I 1
r
& U 1
1′
& 2 I 2 + & U 2 2′
r 1 Zi = = jωL jωC
其中
2
L C= 2 r
2、负阻抗变换器（简称NIC） 电流反向型和电压反向型
+ i1 NIC i2 + u2 _
电路符号
u1 _
u1 = u 2 电流反向型定义： i1 = ki 2
k >0
u 1 = − ku 电压反向型定义： i1 = − i 2
箭头表示回转器的回转方向在图示参考方向下端口电压电流的约束关系为写成矩阵形式若回转方向相反则上述各式的等号右边加一负号
第十章 双口网络
§10-4 回转器与负阻抗变换器
1、回转器
+ u1 -
1 i1
r ( 或g )
i2 2 + u2 2′
1′
箭头表示回转器的回转方向，在图示参考方 向下，端口电压g 2
g u1 0 u 2
回转器的Z参数矩阵和Y参数矩阵为：
0 − r Z = r 0
0 Y = − g
g 0
Y12 ≠ Y21 ，所以回转器不具有互易性 由此可知 Z12 ≠ Z 21 、
电流反向型NIC情况下：
负阻抗变换器和回转器
负阻抗变换器和回转器一、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11 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U11 0 U2 ，其中1 0 = T= I1 01 /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12 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1k 0 = T= I1 01 I2 01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。
16.6 回转器和负阻抗变换器
I1
I2 NIC
Z2
+ U1 -
+ U2 -
因此,NIC具有把一个正阻抗变为负阻抗的本领,
1 1 当2-2’接上R、L、C时，在1-1’将变为 k R、 k L、 kC
负阻抗变换器为电路设计中实现 负R、L、C提供了可能性
第16章结束
+ U2 -
负阻抗变换器的两种类型
式中k为一个正的实常数
3、负阻抗变换器的两种类型 ①电流反向型 + U1 -
I1
I2
NIC
U1 1 0 U 2 I 0 k I 2 1
②电压反向型
+ U2 -
U1 k 0 U 2 I 0 1 I 2 1
4、负阻抗的实现(以电流反向型为例) I1 I2 NIC
Z2
+ U1 -
U1 1 0 U 2 I 0 k I 2 + 1
U2 U2 = - Z2I2
U1 ( s ) U 2 (s) 输入阻抗 Zin= I1 ( s ) kI 2 ( s )
§16.6 回转器和负阻抗变换器
本节介绍两种特殊的二端口器件：
回转器和负阻抗变换器
一、回转器（gyrator)
回转器是一种线性非互易的多端元件。 回转器是一种阻抗逆变器，可用于将电容回转成电感。 1、电路符号图 i2 i1 + u1 + u2 -
2、理想回转器的端口电压和电流方程
u1 = - r i2 u2 = r i1 或 i1 = g u2 i2 = -g u1
2 0 2
应用：主要是电感和电容的互换
电工电子综合实验报告-负阻抗变换器和回转器
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
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材料-负阻抗变换器和回转器
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。
14.5回转器和负阻抗变换器.
14.5回转器与负阻抗变换器一・回转器其矩阵形式为:W,'0 -r~•h0 8w, r0■ ■?2.或-g 0 _«2_ 注意的方向!g -8 0有z=yj=一刃2=叫屮2Z•称为回转电卩2 =-gMig称为回转电导0 -rr 0特性:h =別2（2）回转器可以把一个端口的电流（或电压）回转成另一个 端口的电压（或电流）。
电感。
：从端口丄看，叭畀］关系为一等效电感关系，L= r^C. 若 z-=5«kn,C=lpF 则等效电感L=250«H I（3）回转器不消耗功率（能量），也不储能。
是线性无源元件。
（4）回转器是非互易元件。
因此利用回转器可以把电容回转成 ii 一负阻抗变换器(1)电压反向型负阻抗变换器和电流反向型负阻抗变换器M, =—kU2'-kO'■ uJ2电压反向型7i =一匚•0 1 _°2T参数矩阵(3)电流反向型叮1()■M J一k_-^2_卩参数矩阵(2)阻抗变换器关系(以INIC 为例)丄O — + O —5=5A* m —Z/O-+INIC2-----O + «2 —OINIC(1) INIC 变换器(Z)6=^2-i,=ki,Z=—ZiZ ⑶代入⑴得e=-Z』2⑷除以⑵得5 二-Z 丿2 A “2即入端阻抗Z, =--z,k'丨亠INIC ■ 2+a -----------当时，Zj=—Z|^ Zf与Zi.差一负号。
实现了负阻抗的变换！2(3)(4)电路举例:人O ----- 1 --- + a + t>cU, b輕 2u -uR2RJi = R2I2IO — +O+ 0cR A ---- o +工sU\=57,ri 01■■ "1/ = 0R.1L 1」&■2」2电流反向型 负阻抗变换器则 即占为一负电阻。
当输出端口接阻抗z 时6=—Z ，2++* I O ------------+ a U,b Q代入后得若Z=R,。
负阻抗变换器和回转器设计(蔡文婷)
负阻抗变换器和回转器设计1. 负阻抗变换器a) 负阻抗模型按二端口网络输入电压，电流与输出电压和电流的关系，可分为电流反相型（INIC ）和电压反相型（VNIC ）复阻抗变换器两种。
图A .电流反向负转换 图B.电压反向负转换器 对图A ，1212i i u u =⎧⎨=⎩电流反向负转换器能转换电流的方向并保持电压的极性不变。
对图B ，1212i i u u =-⎧⎨=⎩电压反向负转换器的特点是，转换输入电压的极性，而保持电流的方向不变。
b) 负阻抗变换器是用一个运算放大器构成的电流反向型负阻抗变换器，电路图如图C 虚线部分所示。
013u u i =-，0240R u i R =- p n u u =， “虚断”特性，13i i =，24i i = 带入上述式子，即得12i i = 图C.负阻抗变换器根据负载Z 1上的端电压和电流的参考方向，有..221U I Z =-，因此从输入端U 1看入的输入阻抗..121..12in U U Z Z I I ===-。
因此，U 2端的负载阻抗Z 1通过负阻抗变换器，在U 1端可等效为负阻抗（－Z 1），即从输入端的特性而言，上述端口相当于一个负阻抗元件。
例如，当负载为电阻R ，则从输入端看入，相当于一个负电阻（－R ）。
c)仿真图如下：++--+-+-22Z 12. 回转器a) 回转器是理想回转器的简称。
它是一种新型的双口元件，其符号如图D 所示。
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）。
端口量之间的关系为1221i gu i gu =⎧⎨=-⎩或1221u i u i αα=-⎧⎨=⎩回转系数g 具有电导的量纲，称为回转电导，α＝1/g 称为回转比。
图D.回转器示意图b)回转器可以由晶体管或运算放大器等有源器件构成。
图E 所示电路是一种用两个负阻抗变换器来实现的回转器电路。
其端口特性： 122111i u R i u R ⎧=⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩ 根据回转器定义式，可得 g ＝1/R 。
17第十七章 回转器和负阻抗变换器
例17—3 图17—10所示电路为一个充电的线性电容向一 个晶体二极管放电的电路。设二极管的伏安特性可以用 幂级数形式近似的表示，且可写为 i au bu2。a和b为 正的常量。试列出电路方程。 解 设电容的初始电压为uc(0+)=Uo，电路方程为∶
duC C i dt uC u
+ _ uS
R0 i u
+
i=g(u)
_ U0
电路的基本方程为：
U 0 uS R0 i u
i g ( u)
1、 静态工作点：
uS (t ) 0
R0 i u
+
i=g(u)
有：
U0 R0 i u
i g ( u)
i A Uo / Ro
_ U0
用图解法：
AB 称为负载线
其与特性曲线的交点为 静态工作点
i g ( u)
i + + _ uoc Ro u _ N
i g(u)
N1
1、解析法
如果非线性元件的伏安关系可以写成确 定的函数式，则可以通过解方程的方法求解 电路的工作状态。
i
u U 0C R0 i
i g ( u)
+ + _ uoc Ro u _
i g(u)
N1
N
2、图解法
运算模型情况下：
U 1 (s ) 0 r I 1 (s ) U (s ) I (s ) r 0 2 2
I 1 (s ) 0 g U 1 (s ) I (s ) G 0 U (s ) 2 2
例17-2 电路如图17-9所示，其中非线性电阻的 12 伏安特性关系为 u3 20i3 。试列出电路方程。
回转器与负阻抗变换器的设计
回转器与负阻抗变换器的设计回转器和负阻抗变换器的设计是电路设计的任务之一，它们的重要性不可低估。
它们被用来对电压和电流进行变换，从而改变一个系统的电气特性。
这篇文章将回转器和负阻抗变换器的设计进行简单介绍，以便于理解这两种变换器的原理及其应用。
回转器是一种特殊的能量转换器，它可以把直流能量转换成交流能量。
它一般由两个电感组成，连接在一起，中间接收到一个外部交流电源，当电流通过第一个电感的最大的时候，会产生磁场从正一方到负一方，从而把电能转换到另一个电极上。
由于回转器的简单、紧凑和可靠的性能，它被用在电动机驱动系统、放大器电源、电抗器控制系统等等。
负阻抗变换器是一种电力变换器，用来在电力系统中改变电压水平和可以输出快速反应电流。
它通常由一个电容器和一个控制回路组成，电容器可以存储和释放电荷，而控制回路则可以控制电容器的行为。
它的特点是反应迅速，可以快速改变电压，有助于调节电力系统的电压水平和负面反馈控制。
它主要应用于甲烷气体压缩机、燃料电池电源等系统。
回转器和负阻抗变换器的设计需要考虑到不少因素，例如电感、电源、控制、电容等，根据不同系统的不同要求，需要经过精心设计来确保它们的工业性能。
此外，如果需要更高效的能量传输和反应，还需要考虑它们的其他变换器，如带反馈的驱动器、高压变换器等。
综上所述，回转器和负阻抗变换器是电路设计的重要组成部分，它们可以用来调整系统的输入和输出，改善系统效率、可靠性和生态友好性。
使用合理的回转器和负阻抗变换器设计，可以在很短的时间内完成能源变换，同时保持系统的安全和稳定性，从而提高电力系统的整体性能。
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负阻抗变换器和回转器的设计
班级：10042101 姓名：卞翔宇 学号：1004210118
摘要：随着近代电路理论和电工电子技术的发展，在实践中又研究了许多种新型元件，负阻抗变换器（NIC ）就是其中之一，它不但在理论上，而且在实践上都有很重要的意义。
通过了解负阻抗变换器（NIC ）和变换器，研究NIC 的性能，利用其作为负内阻电源性能设计回转器。
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。
负阻的产生除某些非线性元件在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外，一般都由—个有源双口网络来形成—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。
对一种由运算放大器电路构成的我阻抗变换器（ＮＩＣ）做了较详细的研制，给出了该电路在开路、负载以及它与电阻做串、并联联接时的各种直流特性的理论分析和实验结果，实验结果与理论分析一致，最后给出了几种由ＮＩＣ构成的正弦振荡器电路，以及这种电路的调示特点及方法。
关键词：复阻抗变换器 回转器 运算放大器 二端口网络
引言：预习运算放大器的工作原理； 预习用运算放大器构成负阻抗变换器的基本原理； 要求学生掌握示波器、信号发生器几相关仪器的使用。
回转器是理想回转器的简称。
它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）。
用回转器可以把一个电容回转成一个电感元件，同样可以把一个电感回转成一个电容。
设计要求用运算放大器设计一个负阻抗变换器（NIC ）电路，研究电流反相型复阻抗变换器（INIC ）和电压反相型复阻抗变换器（VNIC ）的特性，并用运算放大器设计一个回转器电路，测量其回转参数g 。
实负阻抗变换器（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。
实验中应注意1．信号发生器（ 电源）的输出，应由小到大调节，不宜过大。
否则，运算放大器不能正常工作，甚至损坏。
用示波器观测波形时，要考虑接地点的选择。
回转器的工作条件是u1、i1的波形必须是正弦波，为了避免运放进入饱和状态使波形失真，必须减小输入信号电压的幅度，所以在实验过程中，应该用示波器监视回转器输入端口的波形。
正文：负阻抗模型按二端口网络输入电压，电流与输出电压和电流的关系，可分为电流反相型（INIC ）和电压反相型（VNIC ）复阻抗变换器两种。
通常，把端口1—1’处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把端口2—2’
处的U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图5—1中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(CNIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于CNIC ，有 U 1 =U 2 I 1=( 1K -)（2I -）
式中K 1为正的实常数，称为电流增益。
由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。
换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。
对于VNIC ，有
U 1= 2K - U 2 I 1 = 2I -
式中K 2是正的实常数，称为电压增益。
由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。
若在NIC 的输出端口2—2’接上负载Z L ，则有U 2= -I 2Z L 。
对于CNIC ，从输入端口1—1’
看入的阻抗为 L in Z K I K U I U Z 12121111-=== 对于VNIC ，从输入端口1—1`看入的阻抗为
L in Z K I U K I U K I U Z 22
22222111-==--== 若倒过来，把负载Z L 接在输入端口1—1’，则有U 1=-I 1Z L ，从输出端口2—2’看入，
对于CNIC ，有
L in Z K I U K I K U I U Z 111111
12221-==== 对于VNIC ，有 L in Z K I K U I U K I U Z 2
12111222211-==--== 综上所述，NIC 是这样一种二端口器件，它把接在一个端口的阻抗变换成另一端口的负阻抗。
NIC 可用受控源来实现，图5—2（a ）和（b ）分别给出了实现INIC 和VNIC 的原理图。
INIC 仿真图
Z11=4 Z12=-4 Z21=2 Z22=-2
VNIC仿真图
Z11=360 Z12=445 Z21=180 Z22=223
回转器有把一个端口上的电流“回转”为另一端口上的电压或相反过程的性质。
正是由于这一性质，使回转器具有把一个电容（电感）回转为一个电感（电容）的本领。
用电容元件来模拟电感器是回转器的主要应用之一，特别是模拟大电感量和低损耗的电感器。
理想回转器视为二端口，端口电压、电流用方程表示
u1＝-ri2 u2＝ri1 (16-11)
或写为
i1=gu2 i2＝-gu1 (16-12)
式中r、g分别有电阻和电导量纲。
称回转电阻和回转电导，简称回转常数。
如图回转器可计算的g=-1/R5=0.001S-1
下图为回转器设计电路仿真图
根据改变U1电压所得数据得出下列表格
两个波形图大致相同，模拟成功。
结论：实负阻抗变换器（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。
加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻抗电路分析研究方法。
运用电流反相型复阻抗变换器（INIC）和电压反相型复阻抗变换器（VNIC）的设计电路了解负阻抗变换器的组成原理及其应用并证明了电流反相型复阻抗变换器（INIC）和电压反相型复阻抗变换器（VNIC）的开路稳定（OCS）及短路稳定（SCS）性。
熟练运用矩阵掌握负阻抗变换器的各种测试方法。
参考设计思考设计出回转器电路了解回转器的基本特性及应用。
运用控制变量法学习测量回转器的基本参数g。
运用示波器的原理大致验证了回转器把电容能回转成电感的特性。
了解和掌握负阻抗变换器的组成原理及其应用。
并通过实验具体观察实验现象。
负阻抗转换器的负载为电阻R 时，从输入端看入，相当于一个负电阻（－R）。
即当输入电流增大时，其端口电压下降；反之，端口电压增大。
负阻抗转换器的负载为R与C串联连接的容性负载，并在输入端并联电阻R，则该电路的输入阻抗可等值为R与L串联的感性负载，等值电感C R^2 。
u1＝-ri2 u2＝ri1 (16-11)
i1=gu2 i2＝-gu1 (16-12)
从式中可见，回转器有把一个端口电流“回转”为另一端口电压或相反过程的性质。
这一性质使回转器具有把电容回转为电感的本领，在微电子器件中为用易于集成的电容实现难于集成的电感提供可能。
感谢：感谢编著《电工仪表与电路实验技术》的马鑫金老师。
参考文献：《电工仪表与电路实验技术》。