回轉(zhuǎn)器e107d0516

1、回轉(zhuǎn)器,實驗目的實驗原理實驗儀器實驗步驟實驗報告要求實驗現(xiàn)象實驗結(jié)果分析實驗相關知識實驗標準報告,實驗目的,學習和了解回轉(zhuǎn)器的特性。研究如何用運算放大器構成回轉(zhuǎn)器，學習回轉(zhuǎn)器的測試方法。學習用回轉(zhuǎn)器和電容，來替代電感的方法。,實驗原理,回轉(zhuǎn)器是理想回轉(zhuǎn)器的簡稱。它是一種新型的雙口元件，其符號如圖5.16.1所示。其特性表現(xiàn)為它能將一端口上的電壓（或電流）“回轉(zhuǎn)”為另一端口

2、上的電流（或電壓）。端口量之間的關系為： 或 上式中，回轉(zhuǎn)系數(shù)g具有電導的量綱，稱為回轉(zhuǎn)電導，α＝1/g稱為回轉(zhuǎn)比。,,,,圖5.16.1 回轉(zhuǎn)器示意圖,回轉(zhuǎn)器可以由晶體管或運算放大器等有源器件構成。圖5.16.2所示電路是一種用兩個負阻抗變換器來實現(xiàn)的回轉(zhuǎn)器電路。其端口特性：

3、根據(jù)回轉(zhuǎn)器定義式，可得 g＝1/R。,,,圖2.16.2 回轉(zhuǎn)器電路圖,,在輸入為正弦電壓，負載阻抗是一個電容C時，輸入阻抗為： 因此，在回轉(zhuǎn)器輸出端接入一個電容元件，從輸入端看入時可等效為一電感元件，等效電感L＝C/g2。所以，回轉(zhuǎn)器也是一個阻抗變換器，它可以使容性負載變換為感性負載。,,如圖5.16.4（a）所示，用模擬電感器可以組成一個RLC并聯(lián)諧振電路，圖5.16.4（b）是其等效電

4、路。 圖5.16.4（a） RLC并聯(lián)諧振電路圖 圖5.16.4（b） RLC并聯(lián)諧振電路等效電路圖,,,圖5.16.4（a）,圖5.16.4（b）,此并聯(lián)諧振電路的幅頻特性為：其中， ； ，稱為諧振角頻率； 品質(zhì)因數(shù)為：,,,,,實驗儀器,直流穩(wěn)壓電源1臺功率函數(shù)發(fā)生器1臺數(shù)字示波器1臺數(shù)字萬用表1只可調(diào)電容箱1只可調(diào)電

5、阻箱1只直流毫安表1只交流毫伏表1只有源電路實驗板1塊,直流穩(wěn)壓電源,功率函數(shù)發(fā)生器,數(shù)字示波器,數(shù)字萬用表,可調(diào)電容箱,可調(diào)電阻箱,直流毫安表,交流毫伏表,有源電路實驗板,實驗步驟,測量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導,,圖5.16.5 測量回轉(zhuǎn)電導電路圖,1.按圖2.16.5所示電路接線，回轉(zhuǎn)器輸入端u1接正弦信號US，電阻R0為51Ω，電阻R為1kΩ，負載電阻RL取2kΩ，采樣電阻r0取2kΩ。固定正弦信號源頻率在3k

6、Hz左右，在0～3V范圍內(nèi)，從低到高逐漸增加正弦信號u1幅值，每增加約0.5V取一個點，記錄下此時的u1、u2和ur0的讀數(shù)。根據(jù)ur0可得出輸入電流i1，由u1、u2和i1可得出回轉(zhuǎn)電導g和輸入電阻Rin，并與理論計算值進行比較。,表5.16.1 測量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導,2. 模擬電感器的測量按圖5.16.5所示電路接線，將負載RL換成電容箱，電容調(diào)到 1µF。為了觀察不同頻率 f 時，輸入電壓與輸入電流

7、的相位超前滯后關系以及uro的波形。測量數(shù)據(jù)填入表5.16.2,用模擬電感器作RLC并聯(lián)諧振實驗,,圖5.16.6RLC并聯(lián)諧振電路圖,實驗電路如圖2.16.6所示，R0為51Ω、R為1kΩ、r0為2kΩ，C1、C2為電容箱。給定正弦信號發(fā)生器輸出電壓（有效值）不變，用萬用表測量R兩端的電壓uR，記錄下諧振頻率。 C1為0.1µF，改變電容箱C2的值，重復實驗，最后將所記錄諧振頻率與理論諧振頻率進行比較。,表5.

8、16.3 RLC串聯(lián)詣振,實驗報告要求,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導、輸入阻抗，并與理論值相比較。用示波器觀察并記錄模擬電感器的u－i波形，解釋相位超前滯后關系。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算輸入電阻，并與理論值相比較。繪制不同頻率下，電路中采樣電阻兩端的幅頻特性。,實驗現(xiàn)象,在模擬電感器實驗中，回轉(zhuǎn)器的負載接電容時，其端口的電壓相位超前于端口電流相位，說明回轉(zhuǎn)器將電容轉(zhuǎn)換成了電感。電阻、電容和模擬電感器串聯(lián)當輸入信號頻率等于諧振頻率

9、時電路發(fā)生了諧振，此時電阻上的電壓最大。,實驗結(jié)果分析,如果直接將通道1測量 us，通道2測量uro，會產(chǎn)生什么后果？為什么？答：會造成功率函數(shù)發(fā)生器輸出端短路。因為示波器兩通道的“地”是同一個“地”?？梢灾挥靡粋€通道直接測量uro嗎？答：不可以，因為用一個通道測量，只能得到ro的某一端對“地”的電壓。,實驗相關知識,預習要求 相關知識點注意事項,預習要求,預習運算放大器的基本工作原理，以及構成回轉(zhuǎn)達器的基本方

10、法。預習回轉(zhuǎn)性的特性及用回轉(zhuǎn)器構成模擬電感器的原理。預習RLC串聯(lián)諧振的基本概念。,相關知識點,二端口器件 回轉(zhuǎn)器 串聯(lián)諧振,注意事項,回轉(zhuǎn)器電路的電源極性及工作電壓不能接錯，以免損壞運算放大器。更換實驗內(nèi)容時，必須首先關斷實驗板的電源，不能在帶電情況下更改接線。交流電源的輸出不能太大，否則，運算放大器飽和，正弦電壓波形出現(xiàn)畸變，影響實驗測量準確性。注意信號源和示波器公共接地點的選取。,實驗標準報

11、告,一、實驗目的1．學習和了解回轉(zhuǎn)器的特性。2．研究如何用運算放大器構成回轉(zhuǎn)器，學習回轉(zhuǎn)器 的測試方法。3． 學習用回轉(zhuǎn)器和電容，來替代電感的方法。,二、實驗內(nèi)容1．測量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導。2．模擬電感的測量。3．用模擬電感器測RLC并聯(lián)諧振頻率。,三、實驗儀器雙路穩(wěn)壓電源1臺函數(shù)發(fā)生器1臺交流毫伏表1只數(shù)字示波器1臺有源電路實驗板1塊,四、實驗用詳細電路圖1．測量回轉(zhuǎn)

12、電導。,,,圖1,,2．用模擬電感器測RLC并聯(lián)諧振頻率。,,,圖2,五、實驗原理及計算公式 回轉(zhuǎn)器是理想回轉(zhuǎn)器的簡稱。它是一種新型的雙口元件。其特性表現(xiàn)為它能將一端口上的電壓（或電流）“回轉(zhuǎn)”為另一端口上的電流（或電壓）。端口量之間的關系為： 或 上式中，回轉(zhuǎn)系數(shù)g具有電導的量綱，稱為回轉(zhuǎn)電導，α＝1/g稱為回轉(zhuǎn)比。,,,,

13、回轉(zhuǎn)器可以由晶體管或運算放大器等有源器件構成。圖1所示電路是一種用兩個負阻抗變換器來實現(xiàn)的回轉(zhuǎn)器電路。 其端口特性根據(jù)回轉(zhuǎn)器定義式，可得g＝1/R。,,,2．在輸入為正弦電壓，負載阻抗是一個電容C時，輸入阻抗為：可見，在回轉(zhuǎn)器輸出端接入一個電容元件，從輸入端看入時可等效為一電感元件，等效電感L＝C/g2。所以，回轉(zhuǎn)器也是一個阻抗變換器，它可以使容性負載變換為感性負載。,,,3．如圖3（a）所示

14、，用模擬電感器可以組成一個RLC并聯(lián)諧振電路，圖3（b）是其等效電路。,,,圖3（a） RLC并聯(lián)諧振電路圖,,,圖3（b） RLC并聯(lián)諧振電路等效電路圖,此并聯(lián)諧振電路的幅頻特性為：其中， ； ，稱為諧振角頻率； ，稱為品質(zhì)因數(shù)。,,,,,,六、實驗數(shù)據(jù)記錄1．測量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電

15、導 按圖1電路接線，回轉(zhuǎn)器輸入端u1接正弦信號Us，電阻R0為51Ω，電阻R為1kΩ，負載電阻RL取2kΩ，采樣電阻r0取2kΩ。正弦信號源的頻率固定在3kHz左右，在0～3V范圍內(nèi)，從低到高逐漸增大正弦電壓u1，每增加約0.5V取一個點，記錄下此時的u1、u2和ur0的讀數(shù)。根據(jù)ur0可得出輸入電流i1，由u1、u2和i1可得出回轉(zhuǎn)電導g和輸入電阻Rin，并與理論計算值進行比,較。,,表5.15.1 測量回轉(zhuǎn)器的

16、回轉(zhuǎn)電導,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.模擬電感器的測量按圖2所示電路接線，將負載RL換成電容箱，電容調(diào)到 1µF。為了觀察不同頻率 f 時，輸入電壓與輸入電流i1的相位超前滯后關系，同時保證示波器兩路輸入共地，不能直接測量uro的波形。把us和u1分別輸入通道1和通道2，利用示波器的數(shù)學計算功能，按下Math按鈕，選擇CH1-CH2功能，示波器上顯示

17、出M波形，此波形即為us和u1的差值，即uro的波形。,3.用模擬電感器作RLC并聯(lián)諧振實驗,,,圖5.15.6 RLC并聯(lián)諧振電路圖,實驗電路如圖5.15.6所示，R0為51Ω、R為1kΩ、r0為2kΩ，C1、C2為電容箱。給定正弦信號發(fā)生器輸出電壓（有效值）不變，從低到高改變電源頻率（在諧振頻率附近，頻率變化量要小一些），用交流毫伏表測量R兩端的電壓uR，記錄下電壓uR值最小時的電源頻率，即為諧振頻率，改變電容箱

18、C2的值，重復實驗，將所記錄諧振頻率與理論諧振頻率進行比較。,,,,,,,,,,,,,,,,表5.16.2 RLC并聯(lián)諧,七、實驗數(shù)據(jù)計算、分析1．測量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導,等效電阻（理論值）：,等效電阻（實驗值）：,（計算結(jié)果見表5.16.1）,回轉(zhuǎn)電導（理論值）：,（計算結(jié)果見表5.16.1）,回轉(zhuǎn)電導（實驗值）：,2.模擬電感器測量。 從示波器上可以看到u1相位超前于i1相位，說明回轉(zhuǎn)器容性負載回轉(zhuǎn)成感性負載。