回轉(zhuǎn)器e107d0516

1、回轉(zhuǎn)器,實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和了解回轉(zhuǎn)器的特性。研究如何用運(yùn)算放大器構(gòu)成回轉(zhuǎn)器，學(xué)習(xí)回轉(zhuǎn)器的測(cè)試方法。學(xué)習(xí)用回轉(zhuǎn)器和電容，來替代電感的方法。,實(shí)驗(yàn)原理,回轉(zhuǎn)器是理想回轉(zhuǎn)器的簡(jiǎn)稱。它是一種新型的雙口元件，其符號(hào)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(guān)系為： 或 上式中，回轉(zhuǎn)系數(shù)g具有電導(dǎo)的量綱，稱為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)，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(yùn)算放大器等有源器件構(gòu)成。圖5.16.2所示電路是一種用兩個(gè)負(fù)阻抗變換器來實(shí)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(fù)載阻抗是一個(gè)電容C時(shí)，輸入阻抗為： 因此，在回轉(zhuǎn)器輸出端接入一個(gè)電容元件，從輸入端看入時(shí)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(gè)阻抗變換器，它可以使容性負(fù)載變換為感性負(fù)載。,,如圖5.16.4（a）所示，用模擬電感器可以組成一個(gè)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(shí)驗(yàn)儀器,直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)功率函數(shù)發(fā)生器1臺(tái)數(shù)字示波器1臺(tái)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)板,實(shí)驗(yàn)步驟,測(cè)量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導(dǎo),,圖5.16.5 測(cè)量回轉(zhuǎn)電導(dǎo)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(hào)US，電阻R0為51Ω，電阻R為1kΩ，負(fù)載電阻RL取2kΩ，采樣電阻r0取2kΩ。固定正弦信號(hào)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(hào)u1幅值，每增加約0.5V取一個(gè)點(diǎn)，記錄下此時(shí)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(dǎo)g和輸入電阻Rin，并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。,表5.16.1 測(cè)量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導(dǎo),2. 模擬電感器的測(cè)量按圖5.16.5所示電路接線，將負(fù)載RL換成電容箱，電容調(diào)到 1µF。為了觀察不同頻率 f 時(shí)，輸入電壓與輸入電流

7、的相位超前滯后關(guān)系以及uro的波形。測(cè)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(shí)驗(yàn),,圖5.16.6RLC并聯(lián)諧振電路圖,實(shí)驗(yàn)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(hào)發(fā)生器輸出電壓（有效值）不變，用萬用表測(cè)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(fù)實(shí)驗(yàn)，最后將所記錄諧振頻率與理論諧振頻率進(jìn)行比較。,表5.

8、16.3 RLC串聯(lián)詣?wù)?實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導(dǎo)、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(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,在模擬電感器實(shí)驗(yàn)中，回轉(zhuǎn)器的負(fù)載接電容時(shí)，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(dāng)輸入信號(hào)頻率等于諧振頻率

9、時(shí)電路發(fā)生了諧振，此時(shí)電阻上的電壓最大。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,如果直接將通道1測(cè)量 us，通道2測(cè)量uro，會(huì)產(chǎn)生什么后果？為什么？答：會(huì)造成功率函數(shù)發(fā)生器輸出端短路。因?yàn)槭静ㄆ鲀赏ǖ赖摹暗亍笔峭粋€(gè)“地”。可以只用一個(gè)通道直接測(cè)量uro嗎？答：不可以，因?yàn)橛靡粋€(gè)通道測(cè)量，只能得到ro的某一端對(duì)“地”的電壓。,實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí),預(yù)習(xí)要求 相關(guān)知識(shí)點(diǎn)注意事項(xiàng),預(yù)習(xí)要求,預(yù)習(xí)運(yùn)算放大器的基本工作原理，以及構(gòu)成回轉(zhuǎn)達(dá)器的基本方

10、法。預(yù)習(xí)回轉(zhuǎn)性的特性及用回轉(zhuǎn)器構(gòu)成模擬電感器的原理。預(yù)習(xí)RLC串聯(lián)諧振的基本概念。,相關(guān)知識(shí)點(diǎn),二端口器件 回轉(zhuǎn)器 串聯(lián)諧振,注意事項(xiàng),回轉(zhuǎn)器電路的電源極性及工作電壓不能接錯(cuò)，以免損壞運(yùn)算放大器。更換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，必須首先關(guān)斷實(shí)驗(yàn)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(yùn)算放大器飽和，正弦電壓波形出現(xiàn)畸變，影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量準(zhǔn)確性。注意信號(hào)源和示波器公共接地點(diǎn)的選取。,實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)

11、告,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)習(xí)和了解回轉(zhuǎn)器的特性。2．研究如何用運(yùn)算放大器構(gòu)成回轉(zhuǎn)器，學(xué)習(xí)回轉(zhuǎn)器 的測(cè)試方法。3． 學(xué)習(xí)用回轉(zhuǎn)器和電容，來替代電感的方法。,二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．測(cè)量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導(dǎo)。2．模擬電感的測(cè)量。3．用模擬電感器測(cè)RLC并聯(lián)諧振頻率。,三、實(shí)驗(yàn)儀器雙路穩(wěn)壓電源1臺(tái)函數(shù)發(fā)生器1臺(tái)交流毫伏表1只數(shù)字示波器1臺(tái)有源電路實(shí)驗(yàn)板1塊,四、實(shí)驗(yàn)用詳細(xì)電路圖1．測(cè)量回轉(zhuǎn)

12、電導(dǎo)。,,,圖1,,2．用模擬電感器測(cè)RLC并聯(lián)諧振頻率。,,,圖2,五、實(shí)驗(yàn)原理及計(jì)算公式 回轉(zhuǎn)器是理想回轉(zhuǎn)器的簡(jiǎn)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(guān)系為： 或 上式中，回轉(zhuǎn)系數(shù)g具有電導(dǎo)的量綱，稱為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)，α＝1/g稱為回轉(zhuǎn)比。,,,,

13、回轉(zhuǎn)器可以由晶體管或運(yùn)算放大器等有源器件構(gòu)成。圖1所示電路是一種用兩個(gè)負(fù)阻抗變換器來實(shí)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(fù)載阻抗是一個(gè)電容C時(shí)，輸入阻抗為：可見，在回轉(zhuǎn)器輸出端接入一個(gè)電容元件，從輸入端看入時(shí)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(gè)阻抗變換器，它可以使容性負(fù)載變換為感性負(fù)載。,,,3．如圖3（a）所示

14、，用模擬電感器可以組成一個(gè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1．測(cè)量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電

15、導(dǎo) 按圖1電路接線，回轉(zhuǎn)器輸入端u1接正弦信號(hào)Us，電阻R0為51Ω，電阻R為1kΩ，負(fù)載電阻RL取2kΩ，采樣電阻r0取2kΩ。正弦信號(hào)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(gè)點(diǎn)，記錄下此時(shí)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(dǎo)g和輸入電阻Rin，并與理論計(jì)算值進(jìn)行比,較。,,表5.15.1 測(cè)量回轉(zhuǎn)器的

16、回轉(zhuǎn)電導(dǎo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2.模擬電感器的測(cè)量按圖2所示電路接線，將負(fù)載RL換成電容箱，電容調(diào)到 1µF。為了觀察不同頻率 f 時(shí)，輸入電壓與輸入電流i1的相位超前滯后關(guān)系，同時(shí)保證示波器兩路輸入共地，不能直接測(cè)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(xué)計(jì)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(shí)驗(yàn),,,圖5.15.6 RLC并聯(lián)諧振電路圖,實(shí)驗(yàn)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(hào)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(cè)量R兩端的電壓uR，記錄下電壓uR值最小時(shí)的電源頻率，即為諧振頻率，改變電容箱

18、C2的值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將所記錄諧振頻率與理論諧振頻率進(jìn)行比較。,,,,,,,,,,,,,,,,表5.16.2 RLC并聯(lián)諧,七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、分析1．測(cè)量回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)電導(dǎo),等效電阻（理論值）：,等效電阻（實(shí)驗(yàn)值）：,（計(jì)算結(jié)果見表5.16.1）,回轉(zhuǎn)電導(dǎo)（理論值）：,（計(jì)算結(jié)果見表5.16.1）,回轉(zhuǎn)電導(dǎo)（實(shí)驗(yàn)值）：,2.模擬電感器測(cè)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(fù)載回轉(zhuǎn)成感性負(fù)載。