Negativimpedanzwandler – Wikipedia
Das negativer Impedanzwandler (NIC) ist eine Ein-Port-Operationsverstärkerschaltung, die als negative Last wirkt und Energie in Schaltungen einspeist, im Gegensatz zu einer normalen Last, die Energie von diesen verbraucht. Dies wird erreicht, indem eine übermäßig variierende Spannung in Reihe zum Spannungsabfall über eine äquivalente positive Impedanz addiert oder subtrahiert wird. Dies kehrt die Spannungspolarität oder die Stromrichtung des Anschlusses um und führt für jeden Signalgenerator eine Phasenverschiebung von 180 ° (Inversion) zwischen der Spannung und dem Strom ein. Die beiden erhaltenen Versionen sind dementsprechend a negativer Impedanzwandler mit Spannungsinversion (VNIC) und a negativer Impedanzwandler mit Stromumkehr (INIC). Die Grundschaltung eines INIC und seine Analyse sind unten dargestellt.
Grundlegende Schaltung und Analyse[edit]
Negativimpedanzwandler
INIC ist ein nicht invertierender Verstärker (der Operationsverstärker und der Spannungsteiler)
,
auf der Figur) mit einem Widerstand (
) zwischen Ausgang und Eingang angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers beträgt
Der Strom, der vom Operationsverstärkerausgang durch den Widerstand fließt
zu die Quelle
ist
, und
Also die Eingabe
erlebt ein entgegengesetzt aktuell
das ist proportional zu
und die Schaltung wirkt wie ein Widerstand mit Negativ Widerstand
Im Allgemeinen Elemente
,
, und
müssen keine reinen Widerstände sein (dh sie können Kondensatoren, Induktivitäten oder Impedanznetzwerke sein).
Anwendung[edit]
Durch die Verwendung einer Netzwerkkarte als negativen Widerstand kann sich ein realer Generator (fast) wie ein idealer Generator verhalten (dh die Größe des Stroms oder der erzeugten Spannung hängt nicht von der Last ab).
Ein Beispiel für eine Stromquelle ist in der Abbildung rechts dargestellt. Der Stromgenerator und der Widerstand innerhalb der gepunkteten Linie ist die Norton-Darstellung einer Schaltung, die einen realen Generator und umfasst
ist sein Innenwiderstand. Wenn ein INIC parallel zu diesem Innenwiderstand platziert wird und der INIC dieselbe Größe, aber einen invertierten Widerstandswert hat, gibt es einen
und
parallel zu. Daher ist der äquivalente Widerstand
Das heißt, die Kombination des realen Generators und des INIC verhält sich jetzt wie eine zusammengesetzte ideale Stromquelle. Der Ausgangsstrom ist für jede Last gleich
. Insbesondere jeder Strom, der von der Last in den Norton-Ersatzwiderstand geleitet wird
wird stattdessen vom INIC geliefert.
Das ideale Verhalten in dieser Anwendung hängt vom Norton-Widerstand ab
und der INIC-Widerstand
perfekt aufeinander abgestimmt sein. So lange wie
;; wie auch immer, falls
dann ist die Wirkung des INIC vernachlässigbar. Wann jedoch
Die Schaltung ist instabil (z. B. wenn
in einem entladenen System). Insbesondere der überschüssige Strom vom INIC erzeugt eine positive Rückkopplung, die bewirkt, dass die die Last treibende Spannung ihre Stromversorgungsgrenzen erreicht. Durch Verringern der Impedanz der Last (dh indem die Last mehr Strom zieht) kann das Generator-NIC-System wieder stabilisiert werden.
Wenn die Norton-Ersatzstromquelle durch eine Norton-Ersatzspannungsquelle ersetzt würde, könnte im Prinzip eine VNIC gleicher Größe eingesetzt werden Serie mit dem Serienwiderstand der Spannungsquelle. Jeder Spannungsabfall über dem Serienwiderstand würde dann von der VNIC wieder zur Schaltung addiert. Eine wie oben implementierte VNIC mit einem Operationsverstärker muss jedoch an einer elektrischen Masse enden, und daher ist diese Verwendung nicht praktikabel. Da jede Spannungsquelle mit einem Serienwiderstand ungleich Null als äquivalente Stromquelle mit endlichem Parallelwiderstand dargestellt werden kann, wird ein INIC typischerweise parallel zu einer Quelle platziert, wenn er zur Verbesserung der Impedanz der Quelle verwendet wird.
Stromkreise mit negativer Impedanz[edit]
Das Negativ einer Impedanz kann durch einen negativen Impedanzwandler (INIC in den folgenden Beispielen) erzeugt werden, einschließlich negativer Kapazität und negativer Induktivität.[1] Die Netzwerkkarte kann ferner verwendet werden, um schwebende Impedanzen zu entwerfen – wie eine schwebende negative Induktivität.[2][3]
Siehe auch[edit]
Verweise[edit]
- ^ Chen, W.-K. (2003). Das Handbuch für Schaltungen und Filter. CRC Drücken Sie. S. 396–397. ISBN 0-8493-0912-3.
- ^ Mehrotra, SR (2005). “Der synthetische schwebende negative Induktor verwendet nur zwei Operationsverstärker”. Elektronikwelt. 111 (1827): 47.
- ^ US-Patent 3493901, Deboo, GJ, “Gyrator-Schaltung”, ausgestellt am 03.02.1970, zugewiesen an die NASA
Externe Links[edit]
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