電路實驗實驗報告

運算放大器電路應(yīng)用（二） 轉(zhuǎn)器設(shè)計班級：07081902姓名：邵辰煥學(xué)號：0708190232日期：2009-3-30摘要：運算放大器是一種電壓放大倍數(shù)很高的放大器，常用于模擬計算機設(shè)計，是應(yīng)用最廣泛的有源元件和多端元件之一，有穩(wěn)定性高，高增益，高輸入電阻和低輸出電阻的特性。本實驗在Multisim7軟件仿真下利用T型電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)器的功能而其中最核心的負(fù)電阻轉(zhuǎn)換器使用運算放大器來實現(xiàn)。關(guān)鍵字：運算放大器負(fù)電阻旋轉(zhuǎn)器引言:旋轉(zhuǎn)器是一種將一個電路的伏安特性曲線在坐標(biāo)軸上旋轉(zhuǎn)一定角度的電路。本實驗要求用運算放大器設(shè)計一個旋轉(zhuǎn)器電路，要求其旋轉(zhuǎn)角度3=-15。?一85°（順時針）定標(biāo)系數(shù)R=1KQ的,本次實驗選用Multisim7軟件，在仿真的情況下模擬完成這個電路的設(shè)計.正文:實驗原理：旋轉(zhuǎn)器電路原理簡述如下旋轉(zhuǎn)器符號如圖a所示，可以將線性或非線性元件在u-i平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)一個角度，產(chǎn)生新的電路元件。旋轉(zhuǎn)器“旋轉(zhuǎn)”前后如圖b所示。若將一個具有圖b中A的u-i特性的非線性電阻元件接在圖一的端口，則在圖一的U2端口得到圖二中B的u-i特性曲線。從圖二可見，曲線B是曲線A逆時針旋轉(zhuǎn)了8角。設(shè)曲線A上一點P的坐標(biāo)（u,i），離原點距離為r，TOC\o"1-5"\h\z貝I」有u=rcosa,i=rsina （1）點P逆時針旋轉(zhuǎn)了8角后到Q點，坐標(biāo)（ul,訂）為u1=rcos(a+0)=rcosacosO—rsinasinO； (2)i1=rsin(a+O)=rcosasinO+rsinacosO； (3)將式(1)代入式(2)，得：u1=ucosO—isinO (4)將式(1)代入式(3)，得：i1=usinO+icosO (5)式（4）中，cos8無量綱，sin8是電阻的量綱，因而要乘一個定標(biāo)系數(shù)R。定標(biāo)系數(shù)R的大小取決于u-i曲線中電壓和電流的單位，R=u/i。式（4）成為：u1=ucosO—iRsinO （6）同樣，式（5）中cos8無量綱，sin8是電導(dǎo)的量綱，要除一個定標(biāo)系數(shù)R。因而式（5）成為：i1=usinO/R+icosO （7）在圖a中，定義i=—i2，u=u2，因此有參數(shù)方程：u1=u2cosO+i2RsinO，cos0sincos0sin0~R~-Rsin0cos0u2-i2用T形電阻網(wǎng)絡(luò)的旋轉(zhuǎn)器來實現(xiàn)，對應(yīng)參數(shù)的3個電阻是：iicc9）211121因此有0=一Rtaniicc9）211121因此有0=一Rtan—,R=Rsin0(10)式（10）中,R為定標(biāo)系數(shù)。由于定義了逆時針為正，對于旋轉(zhuǎn)順時針即為一e角，故在順時針旋轉(zhuǎn)時，式（10）中R3為負(fù)，即R3

是負(fù)電阻，圖（C）就可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)器的功能。 3 3 1 I 1 I R1 占 r2R3圖（c）實驗材料與設(shè)備裝置：計算機,Multisim7實驗電路

6其中，R=R=一Rtan,R12251

sin6當(dāng)在u端口(即實驗線路上接電阻的右端口)接上負(fù)載，u端口(即實驗線路上的接電源的左端口)接上激勵后，設(shè)定好旋轉(zhuǎn)角度一e1

sin6注：ii?的單位為mA,u，u的單位為V,計算時方向如圖a?！猠=arctan(i/u)—arctan(i/u)2211實驗參數(shù)：1)線性負(fù)載：1．旋轉(zhuǎn)角度為—30°時實驗參數(shù)：Rl=R2=267.949Q,R5=2000Q,R6=1000Q,R3=R4=180Q實驗數(shù)據(jù)：輸入電壓(V)輸出電流(mA)輸入電壓(V)輸出電流(mA)旋轉(zhuǎn)前角度(度)旋轉(zhuǎn)后角度(度)旋轉(zhuǎn)角度(度)1.00000.26220.73300.733014.695545.0000-30.30452.00000.53201.46501.465014.896245.0000-30.10513.00000.80102.19702.197014.949745.0000-30.05164.00001.06902.92902.929014.963145.0000-30.03835.00001.33803.66003.661014.981845.0092-30.02746.00001.60804.39204.393015.003245.0078-30.00477.00001.87605.12405.126015.003245.0125-30.00938.00002.14405.85605.857015.003245.0062-30.00319.00002.41206.58806.589015.003245.0057-30.002510.00002.68107.32007.320015.008545.0013-29.99282．旋轉(zhuǎn)角度為—50°時實驗參數(shù)：R1=R2=466.308Q,R5=1305.407Q,R6=1000Q,R3=R4=180Q實驗數(shù)據(jù)：輸入電壓(V)輸出電流(mA)輸入電壓(V)輸出電流(mA)旋轉(zhuǎn)前角度(度)旋轉(zhuǎn)后角度(度)旋轉(zhuǎn)角度1.0000-0.09300.71100.7120-5.313245.040050.35322.0000-0.18101.41201.4120-5.171245.000050.17123.0000-0.26702.13002.1300-5.085945.000050.08594.0000-0.35402.84002.8400-5.057545.000050.05755.0000-0.44203.54903.5480-5.051844.991950.04376.0000-0.52804.25904.2590-5.029145.000050.02917.0000-0.61504.96804.9680-5.021045.000050.02108.0000-0.70205.67705.6780-5.014945.005050.01999.0000-0.79006.38706.3870-5.016445.000050.016410.0000-0.87807.09607.0970-5.017745.000450.0181

3．旋轉(zhuǎn)角度為－70°時實驗參數(shù)：Rl=R2=700.207Q,R5=1064.178Q,R6=1000Q,R3=R4=180Q實驗數(shù)據(jù)：輸入電壓輸出電流輸入電壓輸出電流旋轉(zhuǎn)前角度（度）旋轉(zhuǎn)后角度（度）旋轉(zhuǎn)角度1.0000-0.47400.78300.7830-25.302745.0000-70.30272.0000-0.93901.56201.5630-25.150845.0197-70.17053.0000-1.40402.34202.3420-25.080345.0000-70.08174.0000-1.86903.12103.1210-25.045145.0000-70.04645.0000-2.33403.90103.9010-25.023945.0000-70.02526.0000-2.80004.68004.6810-25.017645.0074-70.02517.0000-3.26405.46005.4590-24.999744.9961-69.99588.0000-3.72906.23906.2390-24.992145.0000-69.99359.0000-4.19407.01807.0190-24.986345.0054-69.991710.0000-4.65907.79807.7980-24.981545.0000-69.9829分析：（1）不同的旋轉(zhuǎn)角對應(yīng)著旋轉(zhuǎn)器電路的不同參數(shù)值，設(shè)定R約等于負(fù)電阻阻值的絕對值，在R與54R的比值恒為一時，隨著旋轉(zhuǎn)角度數(shù)絕對值的增大，R與R的阻值也要隨之增大，才能保證偏轉(zhuǎn)相343應(yīng)的角度。（2） 在U1由小變大的過程中，旋轉(zhuǎn)角的精確度是變化的。總體上，電壓越小越精確，當(dāng)電壓超過一定量時，旋轉(zhuǎn)角會有很大的偏差。（3） U2端的負(fù)載R的大小對實驗數(shù)據(jù)也會有影響。為了方便起見，取R=1000Q，這時右邊端口266

伏安曲線實際是一條45°的直線，這樣便于計算偏轉(zhuǎn)角，簡化了數(shù)據(jù)處理過程。（2）非線性負(fù)載：用二極管代替R61．旋轉(zhuǎn)角度為－30°時實驗參數(shù)：R1=R2=267.949Q,R5=2000Q,R3=R4=180Q實驗數(shù)據(jù)：輸入電壓輸出電流輸入電壓輸出電流旋轉(zhuǎn)前角度（度）旋轉(zhuǎn)后角度（度）旋轉(zhuǎn)角度1.00000.42600.65200.874023.074753.2788-30.20412.00002.09800.68202.823046.371376.4206-30.04933.00003.80400.69604.800051.740781.7520-30.01134.00005.51900.70506.785054.068284.0704-30.00235.00007.23900.71108.775055.368785.3702-30.00156.00008.96100.717011.000056.196786.2732-30.07657.000011.00000.721013.000057.530586.8281-29.29768.000012.00000.72500.015056.31161.185355.12639.000014.00000.728017.000057.266587.5505-30.2840

10.000016.00000.731019.000057.996387.7993-29.80302．旋轉(zhuǎn)角度為－50°時實驗參數(shù)：Rl=R2=466.308Q,R5=1305.407Q,R3=R4=180Q實驗數(shù)據(jù)：輸入電壓(V)輸出電流(mA)輸入電壓(V)輸出電流(mA)旋轉(zhuǎn)前角度(度)旋轉(zhuǎn)后角度(度)旋轉(zhuǎn)角度1.00000.08000.64800.76904.574149.8822-45.30822.00001.04300.67502.157027.542972.6254-45.08263.00002.02500.68803.559034.020479.0613-45.04094.00003.01400.69704.965036.999182.0113-45.01225.00004.00700.70306.373238.709883.7079-44.99806.00004.99900.70807.783039.801184.8048-45.00367.00005.99400.71209.193040.574285.5738-44.99968.00006.99000.716011.000041.146686.2784-45.13189.00007.98600.719012.000041.584986.5737-44.988710.00008.98300.722013.000041.934686.8237-44.88913．旋轉(zhuǎn)角度為－70°時實驗參數(shù)：R1=R2=700.207Q,R5=1064.178Q,R3=R4=180Q實驗數(shù)據(jù)：輸入電壓(V)輸出電流(mA)輸入電壓(V)輸出電流(mA)旋轉(zhuǎn)前角度(度)旋轉(zhuǎn)后角度(度)旋轉(zhuǎn)角度1.0000-0.33300.65000.8320-18.418352.0028-70.42112.00000.00930.67201.88800.267270.4098-70.14263.00000.36100.68302.94806.861876.9580-70.09624.00000.78100.69104.010011.048380.2252-69.17695.00001.07600.69705.072012.145282.1778-70.03266.00001.43500.70206.135013.451083.4748-70.02387.00001.79500.70607.198014.382884.4007-70.01798.00002.15600.71008.261015.083385.0902-70.00699.00002.51700.71309.324015.625085.6297-70.004710.00002.87800.716010.000016.056385.9071-69.8509分析：(1)與電阻負(fù)載類似，實驗所設(shè)計的旋轉(zhuǎn)器電路較好地實現(xiàn)了兩端口間的伏安特性曲線的角度“旋轉(zhuǎn)”，但隨著U1端電壓的增大，角度誤差也會增大，這可能與運算放大器的性能參數(shù)有關(guān)。(2)雖然換成二極管這一非線性元件，但在電壓U1大于零的情況下，呈現(xiàn)出的伏安關(guān)系曲線還是近似為直線，且右端口的伏安關(guān)系曲線近似為一條平行于縱軸的直線。關(guān)于伏安關(guān)系曲線是直線這個現(xiàn)象,我猜想是由于在所施加的端電壓是正電壓的情況下，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于被短路，因此實際電路中等效于只有純電阻，那么兩端口各自的伏安曲線自然也應(yīng)該是直線?？偨Y(jié)：本實驗利用運算放大器構(gòu)造T型電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)器網(wǎng)絡(luò),其中較復(fù)雜的一部分即為負(fù)電阻的實現(xiàn)，由運算放大器的相關(guān)知識我構(gòu)造了上述的實驗電路，接著，就是通過模擬仿真確定其中各元件的參數(shù)