運(yùn)算放大器電路——旋轉(zhuǎn)器

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 電工電子綜合實(shí)驗(yàn)運(yùn)算放大器電路應(yīng)用 負(fù)阻抗變換器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)學(xué)院 電光學(xué)院班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 2012年4月13日 運(yùn)算放大器電路應(yīng)用旋轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì)摘要：用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角=-30°（順時(shí)針），定標(biāo)系數(shù)R=1k旋轉(zhuǎn)器電路。并使用multisim軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)其的仿真。關(guān)鍵字：運(yùn)算放大器 旋轉(zhuǎn)器 負(fù)電阻 Multisim10 Excel引言：旋轉(zhuǎn)器可以將線(xiàn)性或非線(xiàn)性元件在u-i平面上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，產(chǎn)生新的電路元件。通過(guò)線(xiàn)性和非線(xiàn)性元件做負(fù)載，驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)角度。正文：實(shí)驗(yàn)原理：旋轉(zhuǎn)器電路原理簡(jiǎn)述如下：旋轉(zhuǎn)器符號(hào)： 圖a可以將線(xiàn)性或非線(xiàn)性元件在ui平面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，產(chǎn)

2、生新的電路元件。旋轉(zhuǎn)器“旋轉(zhuǎn)”前后圖b：圖b若將一個(gè)具有圖b中A的ui特性的非線(xiàn)性電阻元件接在圖a的U2 端口，則在圖a的U1端口得到圖b中B的u-i特性曲線(xiàn)。曲線(xiàn)B是曲線(xiàn)A反時(shí)針旋轉(zhuǎn)了角。設(shè)曲線(xiàn)A上任意一點(diǎn)P(u，i),離遠(yuǎn)點(diǎn)距離為r，則有u=rcos1 i=rsin1 (1)點(diǎn)P逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了角后到Q點(diǎn)，坐標(biāo)（u1 , i1 ）為u1rcos(+)=rcos cosrsin sin；（2） i1 =rsin(+)=rcos sinrsin cos；（3） 將式（1）代入式（2），得：u1=ucosisin （4） 將式（1）代入式（3），得：i1=usinicos （5） 式（4）中，cos

3、無(wú)量綱，sin是電阻的量綱，因而要乘一個(gè)定標(biāo)系數(shù)R。定標(biāo)系數(shù)R的大小取決于u-i曲線(xiàn)中電壓和電流的單位，Ru/i。式（4）成為：u1=ucosiRsin (6) 同樣，式（5）中cos無(wú)量綱，sin是電導(dǎo)的量綱，要除一個(gè)定標(biāo)系數(shù)R。因而式（5）成為：i1=usin/Ricos (7) 在圖a中，定義i=i2，u=u2，因此有參數(shù)方程：u1=u2cosi2Rsin，i1=u2sin/Ri2cos （8） 即用T形電阻網(wǎng)絡(luò)的旋轉(zhuǎn)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng) 參數(shù)的3個(gè)電阻是：， （9）因此 有 (10) 式（10）中,R為定標(biāo)系數(shù)。由于定義了逆時(shí)針為正，對(duì)于旋轉(zhuǎn)順時(shí)針即為:角,故在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，式（10）中R3

4、為負(fù),即R3是負(fù)電阻，圖(c)就可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)器的功能。R1R2R3圖（c）根據(jù)以上原理，我們與實(shí)現(xiàn)一旋轉(zhuǎn)角為-15-85度（順時(shí)針）的旋轉(zhuǎn)器，對(duì)于不同的角度，電路中個(gè)參數(shù)應(yīng)為R1=R2，R3應(yīng)該有不同的值，但正如我們所知的那樣，現(xiàn)如今的實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有負(fù)電阻的存在，因此我們需要設(shè)計(jì)出負(fù)電阻。電路P99可知，只需用一個(gè)運(yùn)算放大器，對(duì)其設(shè)定特定參數(shù)即可達(dá)到目標(biāo)，其原理如下：（虛線(xiàn)部分所示） i i3+ ui - i1 i2由虛斷，得i=i3,i2=i1=ui/R1 。虛短特性知：i1=ui/R1，i3R3 +i2R2=0,故i3=-uiR2/R1R3，輸入電阻為Ri=ui/i=-R1R3/R2。該運(yùn)算

5、放大器構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)了負(fù)電阻。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1， 負(fù)阻抗變換器改變V1值，測(cè)量負(fù)電阻值，觀察實(shí)際結(jié)果與理論值是否相符 VI/v567891011121314I/mA-2.504-3.005-3.505-4.004-4.505-5,004-5.503-6.006-6.506-7.005R3/k-1.997-1.997-1.997-1.998-1.998-1.998-1.999-1,998-1.998-1.999E=|21.998/2|=0.10. E值很小，所以可得出所測(cè)負(fù)電阻值接近于理論值。2，旋轉(zhuǎn)器（1）使用1k的電阻作為負(fù)載，改變電源電壓，讀取電流表和電壓表讀數(shù)，測(cè)量并計(jì)算旋轉(zhuǎn)前后的角度，驗(yàn)證

6、旋轉(zhuǎn)器功能。（2）將線(xiàn)性電阻改為非線(xiàn)性元件二極管，重復(fù)（1）步驟，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)果討論與總結(jié)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，本實(shí)驗(yàn)滿(mǎn)足了最初的要求，R=1,旋轉(zhuǎn)角達(dá)到了-30度。在實(shí)驗(yàn)中，各元件參數(shù)的選取對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果很重要，如電阻值的選取。在做非線(xiàn)性元件實(shí)驗(yàn)時(shí)，U的取值也很重要，我最初沒(méi)有考慮到二極管的特性（電壓到達(dá)一定值時(shí)，電壓變化很小，而電流變化很大，可近似看做一條導(dǎo)線(xiàn)），取值較大，結(jié)果所做的圖形沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。二極管的曲線(xiàn)只是呈現(xiàn)了一條直線(xiàn)，于是又重新選取U的值，完成了實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，在一定的范圍內(nèi)，所選取的電壓越大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越接近理論值。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用了multisim, word，excel軟件，由于操作不熟練，耗費(fèi)了較多時(shí)間致謝