负阻变换器电路的设计与实现.docx
- 文档编号:1452496
- 上传时间:2022-10-22
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:970KB
负阻变换器电路的设计与实现.docx
《负阻变换器电路的设计与实现.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《负阻变换器电路的设计与实现.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
负阻变换器电路的设计与实现
负阻变换器电路的设计与实现
内容摘要:
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。
负阻抗的产生除某些非线性组件(如隧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外,一般都由一个有源的双端口网络来形成一个等值的线性负阻抗。
根据伏安特性的不同,具有负阻的器件可分两大类;一类是伏安特性其电流随电压单值变化,当电压升高到一定值时,电流反而迅速下降,这一段电压升高,电流反而下降的特性称为电压控制型负阻特性,它等效的交流电源类似于交流恒压源,如隧道二极管等器件就具有这类特性。
另一类的伏安特性电压随电流单值变化,当电流升高到一定值时,电压反而下降,这一段电流升高,电压反而下降的特性称为电流控制型负阻特性,它等效的交流电源类似于交流恒流源,如单结晶体管、工作于雪崩击穿压的晶体三极管等器件具有这类特性。
另外,由晶体三极管、场效应管等器件的输出特性曲线可知,其负载线的斜率也为负值,所以有源器件也呈现负阻特性,当有源器件构成放大器时,它能向负载提供能量。
在本文中,简单介绍了一下集成运算放大器的基本知识,它的一些简单应用电路和负阻器件的工作原理;主要讲述了由运算放大器组成的负阻变换器的设计,工作原理,类型,伏安特性和应用。
关键字:
运算放大器负阻抗EDA仿真分析模拟电路负阻抗变换器
NegativeimpedanceconvertercircuitdesignandImplementation
Abstract:
Thenegativeresistanceisanimportantbasicconceptsofcircuittheory,thereisawiderangeofapplicationsinengineeringpractice.ThereistheemergenceOfnegativeimpedanceexceptforsomenon-linearcomponents(suchastunneldiodes)thatshowsnegativeresistancecharacteristics.Generally,negativeresistanceisformedinthisformofthelinearequivalentnegativeimpedancebyapowerfulnetworkOfdual-port.
Dependingonthevolt-amperecharacteristic,withanegativeresistancedevicecanbedividedintotwocategories,oneisthevolt-amperecharacteristiccurrentwiththevoltageofasinglevaluechangeswhenthevoltagerisestoacertainvalue,thecurrentbuttherapiddecline,thisperiodofvoltagelcurrentreductionratherthanthecharacteristicsreferredtoasvoltage-controllednegativeresistancecharacteristics,whichisequivalenttotheACpowerissimilartotheACvoltagesource,suchastunnelingdiodesandotherdeviceswithsuchfeatures.Voltammetriccharacteristicsoftheothervoltagechangeswiththecurrentsingle-valued,whenthecurrentincreasedtoacertainvalue,thevoltagedropit,thisperiodofincreasedcurrentandvoltagecharacteristicsofareductionratherthanascurrent-controllednegativeresistancecharacteristics,itisequivalentACpowerissimilartotheexchangeoftheconstantcurrentsource,suchassingle-junctiontransistors,workingintheavalanchebreakdownvoltageofthethreereportedcrystaldevices,etc.withsuchcharacteristics.Inaddition,thetransistor,theoutputcharacteristicsofFETdevicescurveindicatedthattheloadlineslopeisnegative,sotheactivedeviceshaveshownanegativeresistancecharacteristicsofanactivedeviceamplifier,itcanloadenergy.
Inthisarticle,itintroducestheIntegratedoperationalAmplifierbasicknowledge.Someofitssimpleapplicationcircuitandnegativeresistanceelementshowworks.Itismainlyaboutthenegativeresistanceconverterdesign,principle,type,Voltageandcurrentrelationsandapplications.
Keyword:
OperationalAmplifierNegativeimpedanceEDASimulationAnalysisAnalogcircuitNegativeimpedanceconverter
负阻变换器电路的设计与实现
前言
负阻概述常见的电阻,不论线性电阻还是非线性电阻,都属于正电阻。
其特征是流过电阻电流越大,其电阻两端的电压降也越大,消耗功率也越大。
负电阻是流过其间的电流越大,电阻两端电压越小,故电流、电压增量的方向相反,两者的乘积为负值。
正功率表示能量的消耗,负功率表示能量的产生,即负阻器件在一定条件下,不但不消耗交流能量,反而向外部电路提供交流能量,当然该交流能量并不存在于负阻器件内部,而是利用其能量变换特性,从保证电路工作的直流能量中取得。
常见的负阻器件有隧道二极管、共发射极组态的某种点接触三极管和真空四极管,单晶体管、硅可控整流器和弧光放电管等。
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。
负阻抗的产生除某些非线性组件(如隧道二极管)在某个电压或电流的范围内具有负阻特性外,一般都由一个有源的双端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组件组成,这样的网络称作负阻抗变换器。
负阻的用途很多,例如,用负阻原理设计高稳定度压控振荡器,负阻振荡器,负阻在非线性电路振荡周期的分岔与混沌实验中的应用等等。
负阻器件是指它的微变(增量)电阻为负值的器件。
负阻器件只在一定的电压,电流范围内呈现负阻特性。
其实,负阻器件呈现的负阻指的是负微分电阻。
与负阻抗变换器相比,负阻器件的线性度较差,在应用的处理也比较繁琐,因此它的使用度大大受限。
负阻变换器的线性度比较好,而且可以根据需要设计出所需阻值的负阻。
它的设计也比较简单,单元电路所需的器件比较少。
因此,本文会着重介绍负阻变换器。
1运算放大器
运算放大器是一个具有很高放大倍数的电路单元。
在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
通过查询资料得知早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”,此名称一直延续至今。
运放放大器是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展到现在,绝大部分的运放是以单片的形式存在。
现今运放的种类繁多,广泛应用于几乎所有的行业当中。
1.1运算放大器的背景[8]、[9]、[10]
直流放大电路在工业技术领域中,特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。
如在一些自动控制系统中,首先要把被控制的非电量(如温度、转速、压力、流量、照度等)用传感器转换为电信号,再与给定量比较,得到一个微弱的偏差信号。
因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构,所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度,再去推动执行机构或送到仪表中去显示,从而达到自动控制和测量的目的。
因为被放大的信号多数变化比较缓慢的直流信号,分析交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件,不能有效地耦合这样的信号,所以也就不能实现对这样信号的放大。
能够有效地放大缓慢变化的直流信号的最常用的器件是运算放大器。
运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算(实现加减乘除比例微分积分等)单元,是模拟电子计算机的基本组成部件,由真空电子管组成。
目前所用的运算放大器是把多个晶体管组成的直接耦合的具有高放大倍数的电路,集成在一块微小的硅片上。
第一块集成运放电路是美国仙童(fairchild)公司发明的μA741,在60年代后期广泛流行。
直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。
1.2运算放大器的原理[9]、[10]
运放有两个输入端a,b和一个输出端O。
也称为倒向输入端(反相输入端),非倒向输入端(同相输入端)和输出端。
当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点)之间,且其实际方向从a端指向公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向O端,即两者的方向正好相反。
当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同。
为了区别起见,a端和b端分别用"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性。
电压的正负极性应另外标出或用箭头表示。
反转放大器如图1.2-1和非反转放大器如图1.2-2所示:
-
图1.2-1反转放大器
图1.2-2非反转放大器
一般可将运放简单地视为:
具有一个信号输出端口(out)和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元,因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。
运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。
对于双电源供电运放,其输出可在零电压两侧变化,在差动输入电压为零时输出也可置零。
采用单电源供电的运放,输出在电源与地之间的某一范围变化。
运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值,而低于正电源某一数值。
经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化,甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。
这种运放称为轨到(rail-to-rail)输入运算放大器。
运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比,在音频段有:
输出电压=A0(E1-E2),其中,A0是运放的低频开环增益(如100dB,即100000倍),E1是同相端的输入信号电压,E2是反相端的输入信号电压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变换器 电路 设计 实现
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)