实验二 负阻抗变换器的应用一、实验目的1．了解负阻抗元件在电路中的应用，扩展电路理论技术的研究2．掌握电路测量的方法二、实验原理1．应用负阻抗变换器构成一个具有负内阻的电压源uiUS+-(b)iu0(c)图2-1 含负内阻的实际电压源R-+-US22’INIC11’22’RL+-USR++--uiu1i1(a)原理图如2-1(a)所示，负阻抗变换器的输入端口接入一个有伴电压源，则输出端口伏安特性：，可见输出端口的等效电路为具有负电阻的电压源如图2-1(b)所示该电压源的电压=US，内阻R- =(-R)，输出端口端电压随输出电流的增加而增加，其伏安特性曲线如图2-1(c)所示RRC图2-2 负阻抗的阻抗逆变负阻抗变换器Zin2．负阻抗元件的阻抗逆变作用负阻变换器的阻抗逆变原理可由图2-2中分析得出负阻抗变换器的负载为容性负载，输入端口并联一个正电阻R则入端输入阻抗为：即入端阻抗为电阻R和电感的串联，等值电感L¢=CR2同样若将图中的电容器换成电感器L，输入电路就等效为电阻和电容的串联，等值电容C′ =L/R23．二阶动态电路(RLC串联电路)的方波响应研究二阶动态电路(RLC串联电路)的方波激励时，响应类型只能观察到过阻尼，临界和欠阻尼三种形式。
现采用如图2-1(a)所示的具有负内阻的方波电源作为激励源来构成RLC二阶动态电路，如图2-3所示由于负内阻R-可以和电路的电阻rL相抵消，则响应类型可出现RLC串连总电阻为零的无阻尼等幅振荡和总电阻小于零的负阻尼发散型振荡情况，如图2-4所示图2-3R- +-CrL LuS图2-4三、实验内容1．用伏安法测量具有负内阻的电压源端口的伏安特性RLU ++Δ∞+- 1kΩ1kΩ图2-5mA 32184+12V-12V+-I +-R接线原理图如图2-5，R为100欧，US=1.5V，调RL(阻值从∞~7kΩ~200Ω，取5~7个数据点)，记下相应的电流表、电压表读数，填入表格2-1绘出具有负阻的电压源外特性曲线表2-1RL(Ω)∞7000500030001000 700500300I(mA)U(V)+_Δ∞1kΩ图2-61kΩ500Ω200Ω～CH1CH2acb500Ω0.1μF+i1C22．观察负阻抗元件的阻抗逆变作用图2-6中负载阻抗用0.1μF的电容器、500Ω电阻的串联组成，低频信号源：正弦波形f＝5000HZ，调节低频信号使US＜2V，接线时正弦信号源的高端接a，低（“地”）端接b，双踪示波器的“地”端接c，CH1、CH2分别接a，b。
其中CH2要按下反相健，用来反映了电流i1的波形并用双踪示波器观察并记录u1 与i１相位差，并说明输入阻抗的性质输入阻抗的性质也可这样判别：在输入端口并联一个实验电容C2=5700pF，如果i1减少(用毫伏表测200Ω的电压Ubc)，则说明电路的原输入阻抗为感性的并记录并联C2前后的Ubc电压，说明输入阻抗的性质将输出端口的电容换成电感10mH，重新观察输入端口的电压电流相位关系，并说明输入阻抗的性质3．观测R、L、C串联电路的方波响应和状态实验电路原理图如2-6所示取R=300Ω，C=5100pF，L=10mH，rL为电位器或电阻箱调节方波信号源幅值U1≤2V，频率 f＝1000Hz开始时rL>R，然后逐步减小rL，用示波器观察电容器两端电压波形，使响应分别出现过阻尼、欠阻尼、无阻尼和负阻尼等五种情况，并记录对应的方波频率、幅值、rL的数值 +_+Δ∞1kΩ图2-61kΩRab+-i1rLCLuSi2CH1记录电容电压在非振荡、临界、衰减振荡、等幅振荡、增幅振荡五种情况下的波形，并记录对应的方波频率、幅值、rL的数值1) 非振荡；(2) 临界；(3)rL>R-衰减振荡； (4) rL=R-等幅振荡； (5)rL
在示波器上读出等幅振荡时的固有振荡频率，并与理论值进行比较四、实验注意事项(1) 在做实验内容1时，注意电源的幅值不要超过2伏2) 在实验内容3中，观测临界状态时，要仔细改变rL 的值以保证测量的准确度五、实验报告要求(1)作出具有负内阻的电压源的端口伏安特性曲线；(2) 根据实验2的实验现象，说明负阻变换器实现阻抗变换的功能；(3)定性描绘二阶电路在五种情况下电容电压的波形六、实验设备序号名称型号与规格数量备注1低频型号发生器1Hz~160KHz12交流毫伏表0.2~600V13双踪示波器 14可变电阻箱0~99999.9W/2w15电容器0.1μF、1μF6电阻器1KW等 7负阻抗实验电路板1自制。