基于multisim的回转器仿真实验

基于multisim的回转器仿真实验一、实验目的：1、了解回转器的基本电特性及其运算放大器实现办法。2、掌握Multisimde的仿真应用。3、掌握回转器参数的测试方法并了解其应用。二、实验原理：理想回转器是一种线性的非互易二端口网络，如下图所示为回转器的电路模型：作为理想的二端口网络，其端口电流、电压关系可表示为：1221iguigu或写为：2112uriuri其中，g具有电导量纲，称为回转电导；r具有电阻量纲，称为回转电阻，他们均为常数，亦称为回转常数，且1gr。用矩阵形式表示上面的方程，写为112211220000iugiguuiruri因为12211221,ZZYY，所以理想回转器是非互易的，不满足互易定理。根据理想回转器的端口方程，可作出用受控源表示回转器的电路模型，由上述方程可计算理想回转器的总功率为：112212210puiuiuguugu上式说明，理想回转器既不消耗功率也不发出功率，因此它是一个无源线性元件。同时由上述方程又可看出，回转器有把一个端口的电压“回转”到另一个端口的电流或相反的过程这样一种性质。正是如此，可利用回转器将一个电容回转为一个电感，这为集成电路中对于电感元件难以集成的问题提供了一种解决办法，即用便于集成的电容代替电感。如在上图的输出端接一负载阻抗2Z则输入阻抗iZ为：212221222111iIUgZgZIgUUgI上式中，当2Z（端口2开路），0iZ（端口1短路），当20Z（端口2短路），iZ（端口1开路）。如故取21ZjC，则2iCZjgjL，可见2CLg。称回转器的这种性质为阻抗倒置性。回转器可以利用多种电路实现，如运算放大器、受控源等等，本实验采用运算放大器构成回转器，其设计电路如下图所示：由上图电路进行理论计算：3301112011244340222602267711RRUUUUUUURRRRUUURUURRR331011112114224122022162212454475111RRUUUiUUiRRRRRRRUUUURiiUURRRRRR根据上图中数据，所有电阻均为1k，则有：3314224116224475111RRRRRRRiURiURRRR1122101000101000iUiU可知11000gs，或1rk即当在输出端接入电容值为CF的电容时，输入端处相当于接入了大小为CH的电感。三、仿真实验内容步骤与分析：按照上述所示的电路图在multisim仿真软件中连接各元件，利用示波器观察输入端输入的电压与电流（测量电阻上的电压），实验图如上所示。（1）在输出端接入一电容观察此时示波器波形实验结果如下图所示：由上图示波器所显示的波形可见，此时回转器的输入端处的电流波形落后电压波形90，即从输入端看，输入阻抗为一电感元件，可知该回转器实现了由电容到电感的转换。由于本实验电路中含有运算放大器，所以在设置电源参数时应注意不要把输入电压设置的过大，以防止运放进入非线性区工作，干扰实验结果。四、实验分析与小结本次实验非常贴近实际，仿真结果具有指导性意义。对于很多的集成电路，电感是很难集成到电路中去的，所以使用以上的电路使得集成大量的电感成为了一种可能。仿真过程当中出现以下问题需要特别注意：（1）“点”，导线与器件连接与否，看有无“点”。（2）仿真在懂得电路原理的情况下，才会有动力去修改，这告诉我们知其然，求其不然。（3）在仿真后对于multisim的仿真工具——示波器，更为了解，更会使用。由于multisim中不提供电路仿真的电流图形，所以我们使用电阻上面的电压进行仿真。