基于MATLAB的负阻抗变换器的特性及应用的研究

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来源：本站整理作者：佚名 2011-09-21 18:48:30

摘要：采用实验的方法研究负阻抗变换器的特性及其应用，存在数据处理量大、特性曲线绘制困难等问题，设计出基于MATLAB的仿真实验方案。与传统的实验方法相比，MATLAB利用群元素计算特性，把多个频率分量及相应的电压、电流、阻抗等都看作多元素的行数组，每一元素对应于一种频率分量的值，因为它们服从同样的方程，所以程序就特别简洁；直接绘制电压电流的相向图、电流的幅频特性和相频特性，且定量地分析电路的性质。应用MATLAB设计出RLC并联谐振电路，其谐振频率、品质因数、通频带等参数的测试比传统实验测试更精确。
关键词：负阻抗变换器；运算放大器；模拟电感；并联谐振

负阻抗是电路理论中的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用。有些非线性元件(如隧道二极管)在某个电压或电流范围内具有负阻特性。除此之外，一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。
负阻抗变换器作为一种元件，在使用时一般不考虑其内部结构，主要是从应用观点研究其外部特性。

1 研究负阻抗变换器特性的实验方案
采用实验的方法研究负阻抗变换器的特性：1)测量负电阻的伏安特性。测量不同输入电压U1时的输入电流，I1，计算等效负阻和电流增益，绘制负阻的伏安特性曲线U1=f(I1)。2)阻抗变换及相位观察，在输入端施加正弦信号源，改变信号源频率f=500～2 000 Hz，用双踪示波器观察输入电压U1与电流之间i1的相位差，判定电路的性质。负载为电感和电容时分别测量一次。根据以上实验内容，存在实验数据处理量大，手工绘制特性曲线困难等问题。

2 负阻抗变换器特性的实验设计
MATLAB具有强大的计算功能，在电路结构不发生改变时，可以用统一的程序，只需用输入语句来选择所带的负载性质，更可以直观地绘制电压与电流的相位关系，电路的性质一目了然。
用一级运算放大器实现的电流反向型负阻抗变换器电路如图1所示，假设运算放大器是理想的，根据运放理论可知，则有

即输入阻抗等于负载阻抗的负倍数。K叫做负阻抗变换器的放大倍数。当Z1=Z2=1 kΩ时，K=1，Zi=-ZL，这时负阻抗变换器的输入阻抗等于输出端所接负载阻抗的负值。