电工电子综合实验运算放大器电路应用（二）——旋转器设计范广阳1004220221摘要旋转器是运算放大器的重要应用之一。它以运算放大器为基础，通过特定的电路连接方式，产生一个负电阻，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。并且可以根据需要设定元件参数，确定旋转角。关键词运算放大器负电阻旋转角Multisisim7.0软件仿真引言本实验将通过运算放大器设计一个顺时针旋转，旋转角30度，定标系数R=1KΩ的旋转器电路。并采用Multisisim7.0软件仿真技术，分别用线性元件（电阻）和非线性元件（二极管）做为负载进行模拟，测量并计算旋转前后的伏安特性“角度”，作图查看是否“旋转”了设计的角度。正文本实验的实验原理旋转器符号：+—-+——若将某一元件接在旋转器U2端口，其伏安特性曲线现对于U1端反时钟旋转了角，如图：U2端U1端Pr0旋转器“旋转”前后的u-i曲线设曲线U1端上的任一点P的坐标为，离原点距离为r，则有：（1）点P反时针旋转了后到点，坐标为：（2）将（1）代入（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，则（3）式成为：（4）在（4）式中定义，因此有T参数方程：（5）用T型的二端口电阻网络来实现，对应T参数的3个电阻是式（7）中，R为定标系数。取，R=1KΩ，所以三个电阻阻值分别为.T型电阻网络的旋转器旋转器的电路图测试负电阻使用运算放大器，设计阻值R=—2KΩ的负电阻电路，连接电路，如下图所示，验证是否为要求的值。测试负电阻阻值U/V12345678910I/mA-0.501-1.001-1.501-2.001-2.501-3-3.5-4-4.5-5R/KΩ-1.99601-1.998-1.99867-1.999-1.9992-2-2-2-2-2经计算R，E，与理论值基本相符。并且可以发现，在一定电压范围内，电压越大，负电阻越接近理论值。而经实验，只能由运算放大器的正极在上，颠倒会导致错误。加入负载测试旋转器使用的电阻作为负载，按图连接线路，改变电源电压，读取电流表和电压表读数，测量并计算旋转前后的伏安特性“角度”，察看是否“旋转了设计的角度，并作“旋转“前后的伏安特性曲线图。1千欧姆电阻实验数据U1/VI1/mAU2/VI2/mA10.2670.7320.73320.5361.4641.46530.8052.1962.19841.0732.9272.9351.3413.6593.66261.614.3914.39571.8785.1225.12782.1485.8545.8692.4166.5866.592102.6847.3187.325所得结果经计算，误差E，满足实验要求。2）使用二极管作为负载，按图连接线路，改变电源电压，读取电压表和电流表读数测量并计算旋转前后的伏安特性“角度”，察看是否“旋转了设计的角度，并作“旋转“前后的伏安特性曲线图。二极管实验数据U1/VI1/mAU2/VI2/mA10.4280.6520.87222.0990.6822.81933.8040.6964.79545.5170.7056.77957.2360.7118.76768.9570.717117110.721138120.725159140.7281710160.73119因为电流表的精确位数不够，当输入电压大于6V时，电流表示数不够精确，所以去除6V输入电压后的数据再进行计算，所得结果，误差E，符合。实验结果分析与讨论根据实验数据可以得出，本实验所设计的旋转器满足实验要求，即旋转角，定标系数R=1kΩ。在负阻抗变换器的验证数据中，我们发现，在一定的电压范围内，电压越高，测量值越接近理论值，所以，在接下来验证线性电阻以及非线性电阻的旋转特性时，在电压一定的范围内，电压越大，所得到的旋转角越接近。在验证二极管的旋转特性实验中，由于电流表示数的精确度问题，所以与理想值有些差距，但影响并不大。右端口的伏安关系曲线近似为一条平行于纵轴的直线，据我猜想，可能是因为在所施加的端电压为正电压的情况下，二极管处于导通状态，相当于被短路。此外，定标系数取R=1kΩ，也有一定的意义，可直接得出电流和电压的角度为45°，大大地减少了计算量。致谢虽然只是一个简单的实验，但在进行过程中仍然遇到了不少麻烦。运