4.3负阻抗变换器
16.6 回转器和负阻抗变换器
本节介绍两种特殊的二端口器件： 本节介绍两种特殊的二端口器件：
回转器和负阻抗变换器
一、回转器
回转器是一种线性非互易的多端元件。 回转器是一种线性非互易的多端元件。 回转器是一种阻抗逆变器，可用于将电容回转成电感。 回转器是一种阻抗逆变器，可用于将电容回转成电感。 1、电路符号图 、 i2 i1 + u1 + u2 -
0 − r Z= r 0 0 g Y== - r i2 u2 = r i1 或 i1 = g u2 i2 = -g u1
u1i1+u2i2= - r i2 i1 + r i1 i2 = 0
理想回转器既不消耗功率又不发出功率， 理想回转器既不消耗功率又不发出功率，它 是一个无源线性元件 无源线性元件。 是一个无源线性元件。且互易定理不适用于回转 器。
4、回转器的应用 、 回转器具有把一个端口上的电流 回转” “回转”为另一端口上的电压或相反过 程的性质。 程的性质。 应用这一性质回转器可以把一个电 容回转为一个电感， 容回转为一个电感， 这在微电子器件中为用易于集成的 电容来实现难于集成的电感提供了可能 来实现难于集成的电感 电容来实现难于集成的电感提供了可能 性。
0 U 2 − I 1 2
4、负阻抗的实现(以电流反向型为例) 、负阻抗的实现 I1 + U1 NIC I2
Z2
U1 1 0 U 2 I = 0 − k − I 2 + 1
U2 U2 = - Z2I2
U1 ( s ) U 2 (s) = 输入阻抗 Zin= I1 ( s ) kI 2 ( s )
电容回转为电感. 若C=1µF，r = 50k ，则L=2500H.电容回转为电感 ， 电容回转为电感
电网络理论绪论第一章2
四、忆阻元件(Memristor)
发展概况
（3）惠普公司实验室的研究人员已证明忆阻器的确存
在（忆阻现象在纳米尺度的电子系统中确实是天然 存在的），并成功设计出一个能工作的忆阻器实物 模型，研究论文在2008年5月1日的《自然》期刊上 发表 。 D. B. Strukov, G. S. Snider, D. R. Stewart & R. S. Williams. The Missing Memristor Found. Nature, 2008,453(1 May):80-83
dx dt
x=
du dt
D i
正弦稳态之下,该元件的导纳为
Y ( jω) = I ( jω) = −ω 2 D U ( jω )
＋
－
u
（2）FDNR元件
赋定关系
d 2i u=E 2 dt
dx 或者 u = E dt
di x= dt
在正弦稳态之下,该元件的阻抗为
I ( jω ) Z ( jω ) = = −ω 2 E U ( jω )
正阻抗逆转器 (BC>0)
理想回转器
i1
1 ⎧ ⎪u1 = − i2 g ⎨ ⎪ ⎩ i1 = gu2
线性电容
2、非线性电容 （1）压控电容
非线性电容
二、电容元件(续) （2）荷控电容
u = S (q)
（3）单调电容
q = C (u )
或者 u = S ( q )
大多数实际电容器属于此类。如变容二极管：
q = Q0 ( eku −1)
( Q0 < 0)
（4）多值电容 以铁电物质为介质的电容器呈现滞回现象
三、电感元件 (Inductor) 定义：赋定关系为i和Ψ之间的代数关系的元件
负阻抗变换器和回转器的设计
负阻抗变换器和回转器的设计摘要 本文简要介绍了负阻抗变换器（NIC ）和回转器的原理，通过实验研究NIC 的性能，并应用NIC 性能作为负内阻电源研究其输出特性，还将这负电阻应用到R LC 串联电路中， 从中观察到除过阻尼、临界阻尼、负阻尼外的无阻尼等幅振荡和总电阻小于零的负阻尼发散震荡；并且利用负阻抗变换器实现回转器，进而利用回转器将电容回转成模拟纯电感,还利用模拟的电感组成RLC 并联谐振电路。
关键字 负阻抗变换器 运算放大器 二端口网络 回转器 回转电导 模拟电感 并联谐振1.负阻抗变换器的原理负转换器是一种二端口网络，通常，把一端口处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把另一端口’处的U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如下图中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种， 电路图分别如下图的（a ）（b ）所示：图中U 1和I 1称为输入电压和输入电流， U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图1-1、1-2中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(INIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于INIC ，有U 1 =U 2 ；I 1=( 1K -)（2I -）式中K 1为正的实常数，称为电流增益。
由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。
换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。
对于VNIC ，有U 1= 2K - U 2 ； I 1 = 2I -式中K 2是正的实常数，称为电压增益。
由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。
负阻抗变换器和回转器
负阻抗变换器和回转器一、摘要本文提出了利用运算放大器实现：（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。
而它在线性工作区的两个特性：“虚短”及“虚短”使得它有了广泛的应用。
如比例器、加法器、减法器、积分器等。
本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。
2、负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。
它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。
该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。
3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。
它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。
也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口电流（或电压）的能力。
它的一个重要用途就是将电容“回转”成电感，或反之。
三、正文（一）实验材料与设备装置本实验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。
（二）实验过程1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图11 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U11 0 U2 ，其中1 0 = T= I1 01 /k 当有负载Zl时，11’ 端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2、即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。
⑵电压反向型负阻抗变换器（VINC）（图12 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1k 0 = T= I1 01 I2 01当有负载Zl时，11’ 端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2、即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。
电工电子综合实验报告-负阻抗变换器和回转器
电工电子综合实验报告——负阻抗变换器和回转器的设计一、摘要本文提出了利用运算放大器实现：（1）负阻抗变换器（NIC）的电路（2）回转器电路二、引言1、理想运算放大器有着①开环电压放大倍数A为无穷大；②输入电阻为无穷大；③输出电阻为零的特性。
而它在线性工作区的两个特性：“虚短”及“虚短”使得它有了广泛的应用。
如比例器、加法器、减法器、积分器等。
本文中则是实现了简单的负阻抗变换器和回转器。
2、负阻抗变换器（NIC）是一种二端口器件，是电路理论中的一个重要的基本概念，在工程实践中也有广泛的应用。
它一般由一个有源二端网络形成一个等值的线性负阻抗。
该网络可由线性集成电路或晶体管等元器件组成。
3、回转器是一种二端口网络元件，可用含晶体管或运算放大器的电路来实现。
它有着①不消耗能量不存储能量②非记忆元件③线性非互异元件④电量回转作用的特点。
也就是说它具有把一个端口的电压（或电流）“回转”成另一端口电流（或电压）的能力。
它的一个重要用途就是将电容“回转”成电感，或反之。
三、正文（一）实验材料与设备装置本实验采用的是虚拟的方法，所使用的软件为Multisim7。
（二）实验过程1、用运放设计一负阻抗变换器（NIC）电路⑴电流反向型负阻抗变换器（INIC）（图1—1）图1—1 INIC电路INIC的端口特性可用T参数描述为：U1 1 0 U2 ，其中 1 0= T=I1 0 -1/k I2 0 -1 /k当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。
⑵电压反向型负阻抗变换器（VINC）（图1—2）图1—2 VNIC电路VNIC的端口特性可用T参数描述为：U1 -k 0 U2 ，其中-k 0= T=I1 0 1 I2 0 1当有负载Zl时，11’端口看进去的端口阻抗Z=U1/I1=kU2/I2，即为Z=-kZ2.即若22’接电阻R时，端口阻抗为-kR;接电感时，端口阻抗为-kL；接电容时，端口阻抗为-kC。
实验二十七负阻抗变换器的研究
实验二十七负阻抗变换器的研究1实验目的1.加深对负阻抗概念的认识，掌握对含有负阻抗器件电路的分析方法。
2.了解负阻抗变换器的工作原理及其运放实现。
3.掌握负阻抗变换器的各种测试方法。
2实验器材1.QY-DT01电源控制屏2.直流稳压电源3.函数信号发生器4.QY-DG05通用电路实验模块5.QY-DG14受控源／回转器／负阻抗变换器实验模块6.示波器3实验原理1.负阻抗是电路理论中一个重要基本概念，在工程实践中广泛的应用。
负阻抗的产生除某些线性元件(如燧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等值的线性负阻抗。
该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成，这样的网络称作负阻抗变换器(NIC)。
按有源网络输入电压和电流与输出电压和电流的关系，可分为电流倒置型和电压倒置型两种（INIC及VNIC），电路模型如图1 所示。
图1负阻抗变换器电路模型理想情况下，两种负阻抗变换器的电压、电流变换关系为：（1） 对于INIC 型：12U U = , 21I KI = (K 为正的常实数电流增益) （公式1）（2） 对于VNIC 型： 211U K U =- ， 21I I =- (K 1为电压增益) （公式2）由（公式1）可见，输入电压1U 经传输后等于输出电压2U ，大小和极性均未改变，但电流1I 经传输后变为2KI ，即大小和方向都变了，故名电流倒置型；由式（公式2）可见，经传输后，21I I =-，但电压的大小和正负极性都变了，故名电压倒置型。
2. 阻抗变换作用今在NIC 的输出端接以阻抗Z L ，如图26-2所示，则其输入阻抗可由（式1）求得：1221112121()i L U U U Z Z K I K I K I ====---或由（式2）可得122212i L U K U Z K Z I I -===--图2阻抗变换原理图可见Z i 为Z L 的（-1/K 1）倍或（-K 2）倍，即把正阻抗Z L 变换成了负阻抗，亦即能把R ，L ，C 元件分别变换为-R/K 1，L /K 1，C/K 1（或-K 2R ，-K 2L ，-K 2C ），故名负阻抗变换器。
电动汽车DCDC变换器的设计【毕业作品】
BI YE SHE JI（20 届）电动汽车DC/DC变换器的设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要电动汽车DC/ DC变换器是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，其质量的优劣直接影响子设备性能，其体积的大小也直接影响到电子设备整体的体积。
本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了半桥开关电源。
整个系统包括主电路、控制电路和反馈电路三部分内容。
系统主电路包括单相输入整流、半桥式逆变、高频交流输出、输出整流、输出滤波几部分。
控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。
论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计及实验过程，包括元器件的选取以及参数计算。
本设计中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525A。
设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。
关键词：直流变换器；SG3525；高频变压器；MOSFETIAbstractElectric vehicle DC/ DC converter is a modern power electronic equipment indispensable component, its quality has a direct influence on equipment performance, its size will directly affect the whole volume of electronic equipment. According to the design of design tasks for the design, designs the corresponding hardware circuit, a half-bridge switching power supply development. The whole system consists of main circuit, control circuit and feedback circuit three parts. System main circuit comprises a single-phase input rectifier, half-bridge inverter, high frequency AC output, output rectifier, output filter sections. The control circuit comprises a main circuit switch tube to control the pulse generation and protection circuit. This paper introduces the main circuit, control circuit, driving circuit and other parts of the design and the experimental process, including the selection of components and parameters calculation. The design of the chip is mainly PWM control chip SG3525A. The design process of medium-range makes full use of SG3525A control performance, wide adjustable frequency, adjustable dead time, with input under-voltage locking function and dual output current.Key words: DC / DC converter; SG3525; high-frequency transformer; MOSFETII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1课题选择的背景及意义 (1)1.2电动汽车DC/DC变换器的发展概况 (2)1.3本文所研究的课题内容 (3)第二章电动汽车DC/DC变换器的原理 (4)2.1电动汽车DC/DC变换器控制系统概述 (4)2.2电动汽车DC/DC变换器的基本结构 (4)2.3 MOSFET基本原理 (5)2.4 PWM调制技术 (6)2.5高频变压器的原理介绍 (7)第三章电动汽车DC/DC变换器主电路的设计 (9)3.1 半桥电路的结构与工作过程 (9)3.2 主要功率器件的选型 (12)3.2.1 MOSFET参数的确定 (12)3.2.2 自举电容的选取 (13)3.3高频变压器设计 (14)3.4 输出整流回路的设计 (16)3.4.1 输出整流回路的结构 (16)3.4.2 快恢复二极管的选择 (16)3.4.3 滤波电感的选择 (18)3.4.4 滤波电容的选择 (18)第四章.DC-DC变换器控制电路的设计 (20)III4.1 PWM控制芯片SG3525功能简介 (20)4.1.1 SG3525引脚功能及特点简介 (20)4.1.2 SG3525的工作原理 (23)4.2电动汽车DC/DC变换器反馈电路的设计 (27)4.2.1 输出电压反馈电路 (27)4.2.2 过压保护电路的设计 (28)4.2.3 输出限流电路 (29)总结 (31)参考文献 (33)致谢 (34)IV第一章绪论1.1课题选择的背景及意义DC／DC变换器是燃料电池电动汽车的重要组成部分，它的研制直接关系到燃料电池电动汽车的稳定与性能。
集成电路第四章
为简化分析取 R3=R1,R4=R2 则:
第4章 集成变换器及其应用 1、由一个运放构成的U/I变换器
由电路可知 则:
I1 I 2
ui
I1
I2
Ui U U U0 R1 R2 R2U i R1U o U R1 R2
R4 R3 IL
R5
uO
第4章 集成变换器及其应用
等效输入阻抗为：
Ui RO CO RS Z ie j Ii Af 1
当Ａｆ远大于１时：
RO CO RS Z ie j Af
其中等效电感值为：
RO CO RS Lie Af
第4章 集成变换器及其应用
4.1.４ 电容倍增器
１、由反相放大器组成的 电容倍增器
右图只适用于信号源内阻小于Ｚ的情况
即：
R1
ZS Z
若：
Ii
I1
ZS Z
ui
IZ
+A Z
R2
应将右图同相端和反相端位置互换 对于右图： （１）若Ｚ＝Ｒ
I2
（２）若Ｚ＝Ｃ
RR1 Z ie R2
负电阻变换器
Z ie j
R2 C
2
R1
jL L R2 2C R1
等效模拟电感，其中
i
+ - A１
R１
uo1
R５
IL
R2
同时:
R1 R2 U o1 U R1
( R1 R2 )(U i R4 I L RL R3 ) U o1 I L R5 I L RL R1 ( R3 R4 )
则
第4章 集成变换器及其应用
( R1 R2 )(U i R4 I L RL R3 ) U o1 I L R5 I L RL R1 ( R3 R4 )
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4.3负阻抗变换器的应用
实验报告要求
1.（1）RL=500Ω
RL=500Ω
U1/V 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -R的平均值(Ω) UR1/V -1.04 -2.02 -3.04 -4.04 -5.06 -5.6
-499.0124542 I1/mA -1.04 -2.02 -3.04 -4.04 -5.06 -5.6
-R/Ω
-480.7692
308
-495.0495
05
-493.42105
26
-495.04950
5
-494.0711
462
-535.7142
857
RL=1000
Ω
U1/V 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -R的平均值（Ω）UR1/V -0.5 -0.98 -1.48 -1.97 -2.47 -3
-1010.215975 I1/mA -0.5 -0.98 -1.48 -1.97 -2.47 -3
-R/Ω-1000
-1020.408
163
-1013.5135
14
-1015.2284
26
-1012.145
749
-1000
2.负内阻的电压源的伏安特性曲线
Rs=30 0ΩRL/Ω 3 5 7 9 15 30 70 90 无穷U2/V 5.48 5.24 5.15 5.07 5.03 4.99 4.95 4.94 4.93
UR2/V -1.85 -1.04 -0.74 -0.33 -0.23 -0.16 -0.06 -0.02 -0.01
I2/mA 1.85 1.04 0.74 0.33 0.23 0.16 0.06 0.02 0.01
Rs=1k ΩRL/Ω 3 5 7 9 15 30 70 90 无穷U2/V 7.39 6.16 5.74 5.54 5.27 5.09 4.99 4.97 4.92
UR2/V -2.46 -1.23 -0.82 -0.61 -0.35 -0.17 -0.07 -0.06 0
I2/mA 2.46 1.23 0.82 0.61 0.35 0.17 0.07 0.06 0
3.观测负阻抗的伏安特性曲线，并读取-R值
4.观测负阻抗变换器的u、i相位关系
5.观测RLC串联电路的方波响应
2900Ω非震荡
R=1400Ω临界震荡R=700Ω衰减震荡
R=530Ω等幅震荡R=400Ω发散震荡
2.电压表、电流表测量负阻抗值和具有负阻抗电压源的伏安特性时，可能引起误差的因素有：
（1）把电压表并联到了aa’端口测量了U1。
错误原因是具有负内阻的电压源应该是负阻抗变换器和电压源组成的整体，应该测量这个整体的输出端口的伏安特性。
（2）由于惯性思维可能会把电压表或者电流表的正负接线柱反接，得到正阻值。
（3）实际测量中的电流比较小。
我们应该把R2当成取样电阻，用灵敏电压表测量R2上的电压，从而比较准确的测量出电流。
若测量电路中的电流可能会有较大误差。
（4）测量负阻抗的元器件时电压表应该是并联在aa’端口。
实际测量中易错并联在bb’端口。
3.电子开关在等幅震荡。
发散震荡中有隔断零输入响应和零状态响应的左右，使两种状态的响应各不影响从而比较准确的观测各自的波形。
4.负阻抗变换器的作用有：应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源、可用来观测RLC串联回路总电阻为零的无阻尼等幅振荡情况和电阻小于零的负阻尼发散振荡情况、构成负阻抗元件，从而实现整个电路的零阻抗或者负阻抗等等。