实验四多端网络特性的研究
7页1、个人资料整理,仅供个人学习使用实验四多端网络特性的研究、实验目的1 .掌握一种多端元件一一运算放大器的特性。2 .熟悉几种由运算放大器构成的有源电路。二、实验原理R、L、C、二极管,频率相关负电阻(FDNR)等为二端元件,三极管、变压器、互感 等为多端元件。(一)运算放大器(Operational Amplifier )在电源电压不是太小(如土 15V),输入信 号不是过大(绝对不能超过电源电压),并在一定的工作频率范围内,运算放大器可以看作是一个线性多端元件。运算放大器的符号如图 4-1所示。在习惯上,供给运算放大器工作的直流电源(+15V,-15V, GND)在图中不画出,但实际工作时必须加上。图41由图4- 1可见,运算放大器有三个端子,、为输入端,为输出端子,A为运算放大器的开环增益。当端子接地,只有 Ui作用时,输出电压 Uoi为uoi= -Au 1 (1)式(1)中负号表示输出电压与输入电压的极性相反,故端用“一”表示,称为反相 输入端。当端子接地,只有 5作用时,输出电压 U02为U02= Au 2 (2)式(2)表明输出电压与输入电压的极性相同,故端用“ + ”表示,称
2、为同相输入端。当Ui, U2同时作用时,根据线性电路的迭加原理,则有U0= U01+ U02=A(U2- Ui) (3)故双端输入也称为差动输入。理想运算放大器:考虑到实际运算放大器,输入阻抗达到10101012G ,输出阻抗仅为数十欧,开环增益A可达106 108,故可以用下列三个关系式来表征理想运算放大器。输入阻抗Zin 输出阻抗Zou0 U0=A(u 2- U1) , A*(4)因为图4-1实际上是一个三端口网络,所以,对于理想特性而言,可以用下面的矩阵来表 示-Ill 一00 u1I 2J3U2:A0/式中,A 8(二)虚短路原理(Principle of Virtual Short Circuit ):如果运算放大器的输入端1与2之间没有直接在一个理想电压源上(理想独立电压源或理想受控电压源)U1 = U2 (6)(三)互补电路结构( Coplementary CircUit ConfigUrations ):对于一个具有两个输入和U2及一个输出U0的三端口网络, (b)、(c)所示,有:如图42 (a)所示,可分为两个子网络,如图Ui4一2UeLU*-1-(a)(b) (c
3、)有源*110图U0(S) =Hi(S)Ui(S) H2(S)U2(S)(7a)Hi(S)=Ui(S)Ui(S) U2(S) =0(7b)H2(S) =U02(S)U2(S) Ui(S) =0(7c)Hi(S) + H2(S) =1 (7d)满足式(7)的网络,称为互补电路结构。 如果有一个带通滤波器Hi(S)=b1s2s2“S b0U 01U1U2(8)# / 7则可以由互补网络得到H2(S)=U 02s2 b0U2 Ui =0s2bS b0(9)这是一个带阻滤波器。 如果有(10)则有H2(S) =UoU2Ui=1 -Hi(S)2S - b1S b02;-Sb1S b0(11)这是一个全通滤波器。4 .比例器图4 3如图4-3所示,根据虚短路原理,Ul=U2=0UO=-(RF/Rl)Ui(12)按照互补电路结构,将原输入端接地,将原接地端改为输入,如图 4-4所示,则有uo=-(1+R2/R1)Ui (13)(读者应当根据虚短路原理,验证式(13)的正确性)。式(12)表示输出与输入反相,称为反相比例器,或称反相 VCVS。式(13)表示输出与输入同相,称为同相比例器,或称同相 V
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