4、用负阻抗变换器仿真负电阻。，将其与独立电源和其他电阻组成一个直流电路。 a.选择元件参数，用“Bias Point Detail”仿真分析该电路，求出该电路的节点电压和元件电流。
b.从结果分析等效负电阻元件伏安特性，看其是否满足“负电阻”特性。
c.设电源电压为扫描变量，用“DC Sweep?”仿真分析该电路，在Probe中观测用负阻抗变换器仿真的“负电阻”的电压和电流曲线，并确定两者之间的函数关系。 图9U1-OPAMPR1R24 1001002.500mA2.500mA R8输+OUT3.0mA3k2.500mAV22.0mA5Vdc-R72.500mAI1.0mA1k2.500mA0A1.0V-I(V2)1.5V2.0V2.5V03.0V V_V23.5V4.0V4.5V5.0V出曲线
U/I=5V/2.500mA=2kΩ，而ZL= 1k Ω,所以Z=R8+-ZL =3kΩ-1 kΩ=2 kΩ 所以U、I满足函数关系式U\\I= R8+-ZL。
5、用负阻抗变换器仿真电感。用图9-1所示的负阻抗变换器电路实现一个等效电感，将其与R、C元件串联，组成一个RLC串联电路。
a.选择元件参数，用“AC Sweep?”仿真分析该电路，确定其谐振频率。
b.将电阻设为扫描变量，并定义为var ，再仿真分析该电路，确定电阻为何值时发生串联谐振。 图
U09R1R2-100100OPAMP5 C1R3 10318.4uFI 2+OUT5Vac0VdcV3-L30.6369mH1R45
0- 41 -
运行仿真得到的曲线输出
1.0A0.5A0A0Hz-I(R3)0.4KHz0.8KHz Frequency1.2KHz1.6KHz2.0KHz
实验结论：当电流取最大值时，电路发生串联谐振，此时总阻抗为纯阻性电阻R3-RL。
由图可知，f=0.35KHz时电路串联谐振。
五、思考与讨论
1. 负阻变换器的“负阻”特性，可以有哪些应用？
答：负阻抗变换器能够起逆变阻抗的作用，即实现容性阻抗和感性阻抗的互换。 应用负阻抗变换器可以构成一个具有负内阻的电压源。同时，两个负阻抗变换器可以实现回转器电路功能。
实验十 回转器电路的设计
一、实验目的
1、进一步学习使用PSPICE进行电路的计算机辅助设计。 2、用PSPICE进行回转器的计算机辅助设计。 3、用间接测量的方法测量回转器的回转系数。
4、加深对回转器的理解，熟悉和掌握回转器的基本应用。
二、实验原理
回转器是一个二端口元件。实际工程中一般用运算放大器组成。回转器的端口电压和端口电流的伏安关系为
U1＝－ri2 ，U2=ri2 ； I1=gU2 ，I2=gU1 ；
式中，r、 g分别称为回转器的回转电阻和回转电导，也称为回转器的回转系数。回转器的重要性质是它可以将一个端口的电流（或电压）“回转”到另一个端口的电压（或电流）。回转器具有“回转”阻抗的能力。 (1)当ZL＝RL时，Zin=r2/RL为纯电阻。
2
(2)当ZL为电容元件时，Zin为纯电感，等效电感为Leq＝rC。同样，回转器可将电感“回转”为电容。
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三、实验任务
1、回转器电路的设计。图10-1的回转器电路是由两个负阻抗变换器电路组成的。可以推导电路的回转电阻r=R。
U3U2 OPAMPOPAMPR2R1R9R10100 100100100R8 100
R11 100V4R4 3VdcR{var}100
0
PARAMETERS:
图10-1
a.取R0=R=ZL＝1KΩ，用PSPICE软件仿真分析，求出其回转电阻r。
图10-2
OUT++-OUT3.000VOUT6.000V12.00nAOPAMPR21k-OUTU33.000mAR91kR8+U2OPAMP3.000mAR101k-9.000nAR11k+3.000V12.00nA1k3.000V3.000V-3.000mAR111kV43Vdc3.000mA3.000mAR1k3.000mAR121k0b.取R0=R=100Ω，任意选择ZL的值，用PSPICE软件仿真分析，求出其回转电阻r。
FREQ VM(N04135) VP(N04135) VR(N04135) VI(N04135) 1.000E+02 2.499E-01 -9.000E+01 3.746E-08 -2.499E-01 2、用回转器实现电感 a. 取R0=R=100Ω，ZL＝（－j5）Ω，采用频率f＝100Hz的正弦波信号为回转器的1－1’端的输入信号。用PSPICE软件仿真分析，求出其输入阻抗Zin。
OUTOUTU1OPAMPR3100R4R7100100U2OPAMPR5100IPRINTR2100++--R63Vac0VdcV1R1100100C10.318m0 - 43 -
图10-3
FREQ IM(V_PRINT6) IP(V_PRINT6) IR(V_PRINT6) II(V_PRINT6) 1.000E+02 2.499E-03 -9.000E+01 2.004E-07 -2.499E-03 b.用正弦波电压信号做回转器的输入电源，f=1000Hz,R0=R=100Ω,负载阻抗ZL用300Ω电阻和1uF电容相串联，用PSPICE软件仿真分析，在电路的输入端设置“电流打印机标识符”，输出1－1’端口的电流相量。求出回转器的输入阻抗Zin，判断其性质。与负载阻抗ZL相比，可以得到什么结论？
FREQ IM(V_PRINT7) IP(V_PRINT7) IR(V_PRINT7) II(V_PRINT7) 1.000E+02 5.000E-02 -1.800E+02 -5.000E-02 -7.496E-09
3、设计一个RLC串联电路，用PSPICE进行“AC Sweep?”分析。研究该电路的频率特性，并确定电路的谐振频率。并将结果与通常的RLC串联电路相比。
OUTOUTU1OPAMPR3100R7100-U2OPAMPR5100100R112.56IR2+R4100+-R63Vac0VdcV1R8100C2253p100C10.01u0图10-4
由回转器所构成的RLC的频率特性曲线 如 下图所示：可知该电路的低频截止频率为f1=990.679KHZ 高频截止频率f2=1.0126MHZ，则通频带宽Δf=21.921KHZ,谐振频率f=1.007MHZ 。
300mA200mA100mA0A0.80MHz-I(R1)0.85MHz0.90MHz0.95MHz1.00MHz Frequency1.05MHz1.10MHz1.15MHz1.20MHz图10-5
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四、思考与讨论
1、若在示例实验一电路图中将负载换成电感L,对输入端而言等效阻抗
Zin=u1/i1=
1?i211==-j* *g*gu2g*g*jwL（g*g*L）w1，
g*g*L等效元件为电容C=
2、示例实验一电路图中的回转器的回转电阻 r=R，且回转系数g=1/r。
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