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
负阻抗变换器和回转器1
负阻抗变换器和回转器设计运算放大器的应用摘要抗变换器和回转器是两个具有实用意义的器件。
本文从理论和仿真分析两方面研究负阻抗变换器的性能并得到一些实用的结论。
并且对负阻抗进行了详细的分类讨论，从不同角度分析了负阻抗变换器的实现。
进而讨论如何用两个负阻抗变换器实现回转器，以及讨论回转器在实现模拟电感上的应用。
关键词运算放大器；复阻抗变换器；回转器；模拟电感；姓名：赖森锋学号：0804210127引言近代电路理论和电工电子技术的发展，在实践中又研究了许多种新型元件，例如负阻抗变换器(negative-impedance convertor，NIC)和回转器，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。
负阻抗变换器（NIC）一般由一个有源双口网络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。
负阻抗变换器可分为电流反相型（INIC）和电压反相型(VNIC)。
通过此次研究与设计，了解负阻抗变换器的原理及其运算放大器的实现，加深对负电阻(阻抗)特性的认识。
同时研究INIC和VNIC接法的开路稳定性及短路稳定性。
它们不但在理论上，而且在实践上都有很重要的意义。
负阻抗变换器能够起逆变阻抗的作用，即具有把一个正阻抗变为负阻抗的本领，分电流反向型和电压反向型。
回转器能回转阻抗的特性，广泛用于大规模集成电路。
因为在一个极小的单晶片上制造尺寸小且无损耗的电感元件非常困难，但电容元件却易于制作，利用回转器将电容元件回转为电感元件，即能实现上述要求。
本文首先研究了负阻抗变换器的一些基本性质，然后介绍如何利用负阻抗变换器实现回转器，进而指出其应用。
正文一．负阻抗变换器的电路理论工程中常有一些非线性元件在一定的工作区域呈现负阻抗的特性（如隧道二极管等），可以利用运算放大器二端口网络可以形成一个等效的线性负阻抗，而这种由有源元件组成的网络称作负阻抗变换器。
二端口网络的特性阻抗、回转器与负阻抗变换器相关知识培训讲解
+ u2
电流反向型
ui11
u2 ki2
u1
i1
1 0
0 u2
k
i
2
T 参数矩阵
（2） 阻抗变换器关系 (以INIC为例)
I1
I2
U+
1
INIC
U+ 2
ZL
UI11
U 2 kI2
U 2 ZL I2
(1)
INIC变换器
(2)
(3)
UI11
U 2 kI2
(1) (2)
U 2 ZL I2 (3)
端口1入端阻抗为
B ZS D
AB B ZDZS C D C
A D
ZC Z0ZS
2. 传播常数
•
1 I1
•
I2 2
+
+
•
U1
N
•
U2
ZC
1'
2'
一对称二端口，端口2接特性阻抗ZC时，其端口电压、 电流关系为：
UI11
AU 2 BI2 CU 2 DI2
U 2 ZC I2
(1) ( 2) ( 3)
二端口网络的特性阻抗、回 转器与负阻抗变换器相关知
识培训讲解
二端口的特性阻抗
1. 二端口的特性阻抗
•
1 I1
•
I2 2
+
+
•
U1
N
•
U2
ZL
1'
2'
T
参数方程
UI11
AU 2 CU 2
BI2 DI2
当端口2接阻抗ZL时，U 2 Z L I2
•
14.5回转器和负阻抗变换器
+
u1
+
u2 C
u1 ri 2 u2 ri 1 du2 i 2 C dt
du2 u1 ri 2 rC dt di1 di1 2 r C L dt dt
Lr C
2
从端口1看，u1, i1关系为一等效电感关系，L= r2C. 若 r =50k, C =1F 则 等效电感 L=2500H ！ （3） 回转器不消耗功率(能量)，也不储能。是线性无源元件。
u1 1 i1 0
0 u2 i k 2
T 参数矩阵
（2） 阻抗变换器关系 (以INIC为例)
I1
+ U1
I2
INIC
+ U2
ZL
U 1 U 2 I 1 kI 2 U2 ZL I2
U1 U 2 Ua Uc U1 Uc I1 R1 R1 U2 Uc I2 R2
R1 I 1 R2 I 2 R2 I I1 2 R1
R1
I1
+ U1
a b
+
c R2
I2
+ U2
U 1 U 2 R2 k R2 R1 I1 I2 R1 0 1 U1 U2 R2 I1 0 R I 2 1
电流反向型
负阻抗变换器
R1
I1
i1 i2
+ u1
UNIC
电压反向型
+ u2
u1 ku2 i1 i 2
u1 k i1 0
14.6 回转器和负阻抗转换器
14.6 回转器和负阻抗转换器
回转器和负阻抗变换器都是一种线性的、非互易的多端元件，
可以用晶体管电路或运算放大器实现。
1、回转器
将一个端口的电流（或电压）回转为另一个端口的电压
（或电流）的多端器件。
第 1 页
回转电阻r (回转电导g) i r(g)
112200u i r u i r -⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥
⎢⎥⎣
⎦⎣⎦⎣⎦00r r -⎡⎤
=⎢⎥⎣⎦
Z 1221
Z Z ≠（1）回转器的基本特性
1）回转器是非互易的线性二端口元件
1221
u ri u ri =-⎧⎨
=⎩Z 参数方程
Z 参数
第 3 页
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112221120
u i u i ri i ri i +=-+=任一瞬间输入回转器的功率为：2）理想回转器是不储能、不耗能的无源二端口元件。
（2）回转器的等效电路
u 2
i 2i 1u 1-++
-
+
+--ri 1ri 2
u 2
i 2
i 1u 1
-
++-gu 1
gu 2
1221
i gu i gu =⎧⎨
=-⎩1221
u ri u ri =-⎧⎨
=⎩第 4 页
逆变性：把阻抗逆变为导纳L
把电容逆变为电感
NIC 端口的电压和电流关系
电流反向型
电压反向型
NIC
U U 电压反向型
电流反向型
NIC
1in (=1.5+电流反向型
的输入阻抗。
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。