1、南理工Multisim实验报告旋转器设计论文XX理工大学Multisim仿真实验论文XX:学号:学院:专业:题目: 旋转器设计 运算放大器电路应用二 旋转器设计摘要:旋转器是运算放大器的重要应用之一。它以运算放大器为根底,通过特定的电路连接方式,可实现将线性或非线性元件在其u-i平面内旋转一个角度,从而产生一个新的电路元件。而且可以根据需要设定元件参数,确定旋转角。本文介绍如何使用运算放大器构成负阻抗变换器,并利用负阻抗变换器构成一个旋转角,定标系数R=1k的旋转器,使用Multisim 实现对实验的仿真。关键词:电路设计运算放大器负阻抗变换器旋转器 Multism11电路仿真引言:旋转器可以
2、将线性或非线性元件在u-i平面上旋转一个角度,产生新的电路元件。本实验将通过运算放大器,电路等知识,设计一个旋转角为=-15度-85度,顺时针旋转,定标系数R=1K的旋转器电路。并采用Multisisim11软件仿真技术,分别用线性元件电阻和非线性元件二极管做负载,测量并计算旋转前后的伏安特性“角度,查看是否“旋转了设计的角度。正文:I旋转器电路原理:旋转器符号如图1所示,可以将线性或者非线性元件在ui平面旋转一个角度,产生新的电路元件。旋转器“旋转前后如图2所示。图1旋转器符号设曲线U1端上的任一点P的坐标为,离原点距离为r,那么有: (1)点P反时针旋转了后到点,坐标为: (2) 将1代入
3、2中,得(3) 其中(3)式中的中的无量纲,是电阻的量纲,因而要乘一个定标系数R。R的大小取决于u-i曲线中电压和电流的单位。同理中的无量纲,而是电导的量纲,因而要除一个定标系数R,那么3式成为:4在4式中定义,因此有T参数方程:5用T形网络的旋转器来实现如图3,对应T参数的3个电阻是 (6) 图3 T形电阻网络旋转器因此有7其中R为定标系数。由于定义了旋转逆时针为+角,对于旋转顺时针即为-角,故在顺时针旋转时,式7中的R3为负电阻,图3就可以实现旋转器的功能。因此,设计时主要的就是要将电阻通过转换器转变为负电阻。设计旋转器也就转化成设计负电阻转换器,参考?电路?P99,一个运算放大器、三个电
4、阻和一个电压源即可设计负电阻,负电阻转换器的电路图如下:运算放大器输出端电压根据理想运算放大器,同相输入端“+和反相输入端“-之间的虚短特性,可得即;根据“虚断特性,可得,。带入上式可得。根据负载上的端电压和电流的参考方向,有,因此从输入端看入的输入阻抗:。参加负阻抗转换器之后可以将R3转换成-R3,以满足R3为负阻抗的要求,实现整体电路的设计。II实验内容:取旋转角为-70度,R=1k。代入式进展计算得R1=R2=700,R3=-1064。由负电阻电路及原理,可设计出R4=R5=50,R6=1064的电路。综上所述,可作出旋转器电路图,在Multisim11中连接图如下列图所示:III.加负
5、载进展测试及仿真分析:1.取RL=1k的电阻作为负载,按0V到8V区间改变电源电压,读取电压表电流表读数,绘制伏安特性曲线图,测算旋转前后的伏安特性的旋转角。在Multisim11中仿真电路如下列图所示:其中,U1,I1分别为旋转前的电压电容,U2,I2分别为旋转后的电压电容。得到的数据如下列图所示。=1-2-70,误差0.1%。符合预期结果。下列图为由上表所绘制的线性负载伏安特性曲线图。2.取RL=1k的电阻作为负载,按0V到8V区间改变电源电压,读取电压表电流表读数,绘制伏安特性曲线图,测算旋转前后的伏安特性的旋转角。在Multisim11中仿真电路如下列图所示:依照对线性负载测试处理方法
6、,同样,可以得到如下的数据表:=1-2-70,误差0.1%。符合预期结果。下列图为由上表所绘制的线性负载伏安特性曲线图。结论:根据实验数据可以得出,本实验所设计的旋转器满足旋转角=70,定标系数R=1k的实验要求。在设计旋转器时,应从表达式入手,着眼旋转角和定标系数的要求,由构造到参数逐步分析设计电路。其中对于负电阻电路的设计为本次实验的难点,对于实验的成败起重要作用。在改变输入电压,测量负载伏安特性曲线时,假设参数设置不当,那么会导致在输入电压较大时,数据结果产生偏差,导致旋转角产生突变而偏离理论值。而在取值适宜的情况下,不难发现,电压越大,测算值与理论值的误差越小,旋转角越接近于-70,通
7、过查阅相关资料并实验测量发现,负阻抗变换器构成的负电阻也是呈电压越大电阻越接近的关系,正是这个原因,使得旋转器有了上述特性。在进展非线性负载测试时,应当考虑二极管的工作范围,选取适宜的二极管,并在一定输入电压的范围内进展实验,才能得到预期结果。从曲线中不难发现,在电压较小时,负载端电流变化不大,在电压增大到一定程度时,伏安特性为一条直线,可知二极管的开启电压约为0.7V,这与模拟电子电路中二极管的特性知识相吻合。致谢:通过本次实验中,我稳固了电路,模拟电子电路等课程的相关知识,掌握了Multisim等软件的初步使用方法,对旋转器的原理与构造有了更深刻的理解,提高了动手实验能力,成果的实现与李竹、硕力更等教师的悉心指导与帮助密不可分。在此对帮助过我的人表示衷心的感谢!参考文献:1马鑫金?电工仪表与电路实验技术?:机械工业,2021.2黄锦安?电路?:机械工业,2003.3(美)伯林(Berlin,H.M.)?运算放大器电路设计与实验?:科学,1987.
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