CN106209017A - 一种含变压器的负n平方阻抗变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种含变压器的负N平方阻抗变换器。使用变压器作为实现较大阻抗变换的阻抗变换器，使用与变压器级联的受控源改变电压或者电流方向，其中，变压器除了可以变换电压、电流外，还可以实现变比较大的阻抗变换，这样就可以实现负阻抗变换器，受控源包括电流控制电流源和电压控制电压源，电流控制电流源用于改变电流方向，电压控制电压源用于改变电压方向。本发明可以使用变比为N的变压器提供负N平方的阻抗。

Description

一种含变压器的负N平方阻抗变换器

技术领域

本发明属于电气信息技术领域，具体涉及一种含变压器的负N平方阻抗变换器。

背景技术

负阻抗变换器NIC(Negative Impedance Converter)，被广泛应用于各种功能的电子电路中。目前，常用的负阻抗变换器有电流反向型负阻抗变换器(CNIC)和电压反向型负阻抗变换器(VNIC)，能够实现变比为k的负阻抗变换器。电流反向型负阻抗变换器仅仅改变电流的方向和数值，不能改变电压；电压反向型负阻抗变换器仅仅改变电压的方向和数值，不能电流不变，这两种负阻抗变换器的功能比较单一。同时，这两种负阻抗变换器都是由运算放大器和电阻等器件组成，电流反向型负阻抗变换器受限于运算放大器电流的额定值，电压反向型负阻抗变换器受限于运算放大器电压的额定值，其变比k通常较小，难以提供较大的阻抗变换，无法满足实际工程需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含变压器的负N平方阻抗变换器，其所使用的变压器的阻抗变比N平方比现有阻抗变换器的变比k大，并且可以使用变比为N的变压器提供负N平方的阻抗。

为了解决上述技术问题，本发明提供出一种含变压器的负N平方阻抗变换器，使用变压器作为实现较大阻抗变换的阻抗变换器，使用与变压器级联的受控源改变电压或者电流方向，其中，变压器除了可以变换电压、电流外，还可以实现变比较大的阻抗变换，这样就可以实现负阻抗变换器。受控源包括电流控制电流源和电压控制电压源，电流控制电流源用于改变电流方向，电压控制电压源用于改变电压方向。根据受控源的种类以及与变压器不同的级联方式，本发明可以进一步分为四个具体的电路连接方案：

第一种电路连接方案：先将电信号通过电流控制电流源，电流控制电流源变换电流方向，实现电流反向，电压不变；然后再将电信号输入变压器，变压器变换阻抗，实现较大变比的阻抗变换。如此，电信号在电流控制电流源和变压器的作用下，先实现电流反向再实现较大阻抗变换，最终实现负N平方阻抗变换器。

第二种电路连接方案：先将电信号通过变压器进行较大阻抗变换；然后再将电信号输入电流控制电流源，进行电流反向变换，电压不变。如此，电信号在变压器和电流控制电流源的作用下，先实现较大阻抗变换再实现电流反向，最终实现负N平方阻抗变换器。

第三种电路连接方案：先将电信号输入电压控制电压源，进行电压反向变换，电流不变；然后再将电信号输入变压器进行较大阻抗变换。如此，电信号在电压控制电压源和变压器的作用下，先实现电压反向再实现较大阻抗变换，最终实现负N平方阻抗变换器。

第四种电路连接方案：先将电信号输入变压器，进行较大阻抗变换；然后将电信号输入电压控制电压源，进行电压反向变换，电流不变。如此，电信号在变压器和电压控制电压源的作用下，先实现较大阻抗变换再实现电压反向，最终实现负N平方阻抗变换器。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明运用变压器可以实现较大阻抗变换的特性，在变压器之前或者之后改变电压与电流之一的方向，提供了变比较大的负阻抗变换，大大改善了负阻抗变换器的性能，拓展了负阻抗变换器的用途。

附图说明

图1是本发明实施例1的电路连接方案示意图。

图2是本发明实施例2的电路连接方案示意图。

图3是本发明实施例3的电路连接方案示意图。

图4是本发明实施例4的电路连接方案示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例所示含变压器的负N平方阻抗变换器包括变压器、电流控制电流源，电流控制电流源包括一个运算放大器和两个电阻。运算放大器的地端与输入信号的地端a’连接，第一电阻R₁连接在运算放大器的同相输入端与输出端之间，运算放大器的同相输入端与信号输入端a连接，第二电阻R₂连接在运算放大器的输出端与反相输入端之间，变比为N的变压器的两个输入端分别与运算放大器的反相输入端和输入信号的地端a’连接，电阻参数设计为R₁＝R₂。图中，b为信号输出端，b’为输出信号的地端。使用时，在b-b’之间连接阻抗Z_L，在a-a’之间接入电压为电流为的信号源，阻抗Z_L两端的电压为电流为则输入电压和电流之比为：

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}=\frac{N{\stackrel{\·}{U}}_2}{\frac{1}{N}{\stackrel{\·}{I}}_2}=N^2\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}=N^2(-Z_L)=-N^2{Z}_L$

即，该实施例所示含变压器的负N平方阻抗变换器获得的阻抗Z_in＝-N²Z_L，进而实现了本发明所述负N平方的阻抗，电流控制电流源的吸收功率为

实施例2

结合图2，实施例2同样由变压器、电流控制电流源组成，其与实施例1的不同之处在于变压器与电流控制电流源的级联方式不同。此时，变压器的两个输出端分别与运算放大器的反相输入端和地端b’连接。使用时，在变压器的两个输入端输入信号，在运算放大器的同相输入端b和地端b’之间连接阻抗Z_L，即可实现阻抗变换成-N²Z_L，电流控制电流源的吸收功率为

实施例3

结合图3，本实施例所示含变压器的负N平方阻抗变换器包括电压控制电压源和变压器，电压控制电压源包括一个运算放大器和两个电阻。运算放大器的地端与信号输入a连接，第一电阻R₁连接在运算放大器的反相输入端和信号输入端之间，第二电阻R₂连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间，变压器的两个输入端分别与运算放大器的输出端和输入信号地端a’连接。使用时，在a-a’之间接入信号源，在变压器的两个输出端b-b’之间联接阻抗Z_L，电阻参数为R₂＝2R₁，即可实现阻抗变换成-N²Z_L，电压控制电压源的吸收功率为

实施例4

结合图4，实施例4同样由变压器、电压控制电压源组成，其与实施例3的不同之处在于变压器与电流控制电流源的级联方式不同。此时，变压器的两个输出端分别与运算放大器的地端和同相输入端连接，在运算放大器的输出端和同相输入端之间连接阻抗Z_L，即可实现阻抗变换成-N²Z_L，电压控制电压源的吸收功率为

本发明用线性运算放大器组成含变压器负N平方阻抗变换器，在一定的电压、电流的范围内可获得良好的线性度，有许多应用。

Claims (10)

1.一种含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，包括变压器和受控源；所述变压器作为阻抗变换器实现阻抗变换；所述受控源用于改变输入信号的电压方向或者电流方向。

2.如权利要求1所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，所述受控源为电流控制电流源或者电压控制电压源。

3.如权利要求2所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，电信号输入电流控制电流源，经电流控制电流源变换电流方向后再输入变压器进行阻抗变换。

4.如权利要求3所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，所述电流控制电流源包括一个运算放大器和两个电阻；运算放大器的地端与输入信号的地端连接，第一电阻连接在运算放大器的同相输入端与输出端之间，运算放大器的同相输入端与信号输入端连接，第二电阻连接在运算放大器的输出端与反相输入端之间，变压器的两个输入端分别与运算放大器的反相输入端和输入信号的地端连接。

5.如权利要求2所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，电信号输入变压器，经变压器阻抗变换后再输入电流控制电流源进行电流反向变换。

6.如权利要求5所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，所述电流控制电流源包括一个运算放大器和两个电阻；第一电阻连接在运算放大器的输出端与反相输入端之间；第二电阻连接在运算放大器的同相输入端与输出端之间，变压器的两个输入端接输入信号，变压器的两个输出端接分别与运算放大器的反相输入端和接地端连接。

7.如权利要求2所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，电信号输入电压控制电压源，经电压控制电压源进行电压反向变换后再输入变压器进行阻抗变换。

8.如权利要求7所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，所述电压控制电压源包括一个运算放大器和两个电阻；运算放大器的地端与信号输入连接，第一电阻连接在运算放大器的反相输入端和信号输入端之间，第二电阻连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间，变压器的两个输入端分别与运算放大器的输出端和输入信号地端连接。

9.如权利要求2所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，电信号输入变压器，经变压器阻抗变换后再输入电压控制电压源进行电压反向变换。

10.如权利要求9所述含变压器的负N平方阻抗变换器，其特征在于，所述电压控制电压源包括一个运算放大器和两个电阻；第一电阻连接在运算放大器的反相输入端和信号输入端之间，第二电阻连接在运算放大器的反相输入端与输出端之间，变压器的两个输入端连接输入信号，变压器的两个输出端分别与运算放大器的地端和正向输入端连接。