基于Multisim的負電阻特性分析及應用

摘要：為了得到負阻值性質的電路元件，采用正電阻與運算放大器進行搭建的方法。對搭建構成的負電阻和負電阻的串并聯連接以及負電阻和正電阻的串并聯連接進行了理論推導和Muhisim仿真實驗，兩種方法的結果一致且證明搭建構成的電路元件具有負電阻的特性。給出了一個負電阻的應用實例。得出了在存在負電阻的電阻串并聯等效變換中，負電阻的處理方法與正電阻一致的結論。
關鍵詞：負電阻；串并聯；應用；multisim

在工程實際中，負電阻十分有用，如在電源設計中可用負電阻來抵消電源內阻，使實際電源成為理想電源；在有源濾波器和振蕩器設計中，負電阻則可用來控制極點的位置；等等。在工程實際中不存在獨立的負電阻元件，要用其他電路元件來構成。本文用Multisim仿真軟件實現對負電阻的仿真和分析，以加深對負電阻的理解并對其理論進行驗證。

1 負電阻的實現
在工程現實中，不存在像正電阻那樣的獨立負電阻元件，需要通過其它電路元件的合理搭建來實現。

圖1所示是一種常見的實現負電阻的電路，它是由正電阻和運算放大器構成。當運算放大器工作在線性區時，根據運放的“虛短”、“虛斷”特性及分壓關系有：

式(2)成立的條件是運算放大器必須工作在線性區域。如果運算放大器的輸出飽和電壓為Usat，則由式(1)可知，負電阻輸入端的電壓必須滿足：

由于R1、R2、R都是正電阻，因此Req為一負電阻。當R1=R2時，有Req=-R。
在負電阻的實現電路中，運算放大器反相輸入端的電阻R必須接地，說明負電阻的兩端是有區別的。

2 負電阻特性的仿真分析
2．1 負電阻與負電阻的串并聯
圖2所示為兩個負電阻的串聯連接，由于負電阻的兩端有區別，在連接時應注意其連接端點。

根據運放的“虛短”、“虛斷”特性及分壓關系，可得到如下關系式

可見，負電阻與負電阻的串聯關系和正電阻一樣，滿足R=R1+R2的關系。并且，負電阻與負電阻串聯的等效電阻也是一負電阻。
由圖2還可看到，串聯負電阻的兩端不接地，具有雙向性?？梢匀我饨尤腚娐分小?br /> 由式(3)可以推出，運算放大器工作于線性區的條件為