电工电子实验报告——旋转器设计

电工电子实验报告——旋转器设计专题3——旋转器设计2电工电子综合实验运算放大器电路应用（二）——旋转器的设计学院电光学院姓名朱晓刚学号1004210353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，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。关键词电路设计负阻抗电路运算放大器旋转角度Multisisim10.0软件仿真引言1.本实验将通过运算放大器，电路等知识，设计一个旋转角为-50专题3——旋转器设计3度，顺时针旋转，定标系数R=1KΩ的旋转器电路。并采用Multisisim10.0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，并作“旋转”前、后的伏安特性曲线图。2.旋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。可将线性或非线性的元件的伏安特性曲线旋转某一角度而保持曲线相对形态不变。在电路中有着广泛而重要的应用。可以用负阻抗变换器组成的T型电路组成。3.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旋转器。正文：（一）.实验材料与设备装置本实验所用设备为：Multisim10.0，实验过程为软件虚拟完成。（二）.实验过程利用运算放大电路，设计如下旋转器电路旋转器的实验原理旋转器符号：专题3——旋转器设计41U+—-2I+——2U1I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：iU2端U1端Piu,r1i)(u,P0u旋转器“旋转”前后的u-i曲线专题3——旋转器设计5设曲线U1端上的任一点P的坐标为iu,，离原点距离为r，则有：11sincosriru（1）点P反时针旋转了后到P点，坐标11,iu为：sinsincoscos)cos(sinsincoscos)cos(11111111rrrirrru(2)将（1）代入（2）中，得cossinsincos11iuiiuu（3）其中（3）式中的1u中的cos无量纲，sin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1i中的cos无量纲，而sin是电导的量纲，因而要除一个定标系数R，则（3）式成为：cossinsincos11iRuiiRuu（4）在（4）式中定义22,uuii，因此有T参数方程：2211cossinsincosiuRRiu（5）用一个T型的二端口电阻网络来实现:专题3——旋转器设计6T型电阻网络旋转器的示意图如下定义2,2uuii,因此有T参数方程2211cossin1sincosiuRRiu对应T参数的三个电阻分别是sin11131122221111RRAARAARsin12tan321RRRRR因为,50R=1KΩ,所以三个电阻阻值分别为1305466321RRR.旋转器的电路图如下专题3——旋转器设计7加入负载测试旋转器1）使用k1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。专题3——旋转器设计8得到的结果如下图所示，旋转前的伏安特性曲线图位于坐标系的第一象限，旋转后位于第四象限。50-，旋转角最大相对误差（50.005-50）/50=0.01%，满足实验要求。仿真数据列表分析：1UV1ImA11arctanIU2UV2ImA22arctanIU旋转角度2-0.176-5.0001.4211.42145.002-50.0014-0.352-5.0022.8412.84345.004-50.0026-0.526-5.0074.2624.26045.000-50.0018-0.701-5.0015.6805.68045.004-50.00510-0.875-4.9967.0997.10145.005-49.99912-1.051-5.0008.5208.52145.004-50.004线性电阻旋转前后伏安特性曲线图专题3——旋转器设计92）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。专题3——旋转器设计10所得结果如下表所示，旋转角度5-。旋转角最大相对误差（50-49.854）/50=0.292%1UV1ImA11arctanIU2UV2ImA22arctanIU旋转角度20.80121.8020.6752.04871.776-49.97442.45331.5090.6964.64281.484-49.97664.11834.4580.7077.24584.435-49.97885.78735.8770.7159.84885.855-49.979107.45736.7120.72112.00186.568-49.855129.13137.2660.72615.01087.232-49.988二极管旋转前后伏安特性曲线图专题3——旋转器设计11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50-，定标系数R=1kΩ。旋转器可将元件（线性或非线性）的伏安特性曲线旋转一定的角度（根据需求和实际参数要求），是一种用处很广的元件。通过该实验可知，它可以完成输入端和输出端的伏安特性的变换。利用这种变换，可以利用目前常用的线性或非线性元件产生出许多新的非线性元件,从而为工程应用提供更多的选择和应用途径。实验过程中遇到了许多麻烦但最终在和同学讨论过程中得到解决，学到了不少真的知识与经验。总结:专题3——旋转器设计12本次试验中,一些软件的灵活应用成为本实验的难点之一,Word,截图工具，Multisim7.0软件等的应用，通过本次试验加深了对以上程序的了解和认识.提高了电脑模拟试验的能力,在和同学的讨论过程中加深对已经学过知识的认识.总的来说整个过程既辛苦又充实,让我收获颇多.重新理解认识了放大电路的重要功能.是一次难得的经历.参考资料:1、《电路实验技术》马鑫金编著南京理工大学2、《电路》黄锦安编著机械工业出版社