非線形電阻電路及應(yīng)用的研究

1、電工電子綜合實(shí)驗(yàn)論文 姓名： 班級： 學(xué)號：課題： 非線形電阻電路及應(yīng)用的研究-非線性電阻電路 一摘要用二極管、穩(wěn)壓管、穩(wěn)流管電壓源電流源和線性電阻等二端元件串，并聯(lián)混聯(lián)得到各種按特殊要求的變化的非線性電路。并且用Multisim軟件仿真，觀察福安特曲線。二關(guān)鍵詞非線性電阻，伏安特性，凹電阻，凸電阻，串聯(lián)分解，并聯(lián)分解，Multisim10仿真校正三引言 非線性系統(tǒng)的研究是當(dāng)今科學(xué)研究領(lǐng)域的一個前沿課題，其涉及面廣，應(yīng)用前景非常廣闊。而我們通過簡單的非線性電阻電路的構(gòu)建，可以更加熟悉的掌握二段元件的福安特性，以及初步接觸一些構(gòu)建非線性電路的簡單方法從而對非線性電阻電路有初步的認(rèn)識四正文1實(shí)驗(yàn)設(shè)

2、備電路仿真軟件Multisim 102實(shí)驗(yàn)原理凹電阻：當(dāng)兩個或兩個以上元件串聯(lián)時，電路的伏安特性曲線上的電壓是各元件電壓之和。如圖1（a）所示是將電壓源、理想二極管、線性電阻串聯(lián)而成的，其伏安特性曲線如圖1（b）所示。它是由這三個元件在電流i相等的情況下相加而成。具有這種伏安特性的電阻稱為凹電阻。圖1上述電阻的主要參數(shù)為Us和G=1/R，改變這兩個參數(shù)就可以特到不同的凹電阻。凸電阻：當(dāng)兩個或兩個以上元件并聯(lián)時，電路的伏安特性曲線上的電流是各元件電流之和。如圖2（a）所示是將電流源、理想二極管、線性電阻并聯(lián)而成的，其伏安特性曲線如圖2（b）所示。它是由這三個元件在電壓u相同的情況下相加而成。具有

3、這種伏安特性的電阻稱為凸電阻。圖2上述電阻的主要參數(shù)為Is、G=1/R，改變這兩個參數(shù)即可得到不同的凸電阻。串聯(lián)分解法：串聯(lián)分解法是在伏安特性曲線上以電流i為界來分解曲線，如圖3所示。 （a） （b） （c）圖3圖3（b）所示為凸電阻，（c）所示為恒流源，將二者串聯(lián)即得（a）所示伏安特性曲線，如圖4所示：圖4并聯(lián)分解法：并聯(lián)分解法是在伏安特性曲線上以電壓為界來分解曲線，如圖4所示。OU/VI/mA21=U/VI/mA+OOU/VI/mA221 （a） （b） （c）圖4 圖4（b）所示為凸電阻，（c）為電壓源，將二者并聯(lián)即得（a）所示伏安特性曲線。4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求 （1）用二極管、穩(wěn)壓管、穩(wěn)流管

4、等元件設(shè)計(jì)如圖9.8、圖9.9伏安特性的非線形電阻電路。u/Vi/mA圖9.8伏安特性126 12 15 20963i/mA圖9.9伏安特性（2）測量所設(shè)計(jì)電路的伏安特性并作曲線，與圖9.8、圖9.9比對。5電路設(shè)計(jì)分析圖9-8設(shè)計(jì)分析i(mA)012-2-1=+u/Vu/Vi/mA12i/mA-2-1+D3R0.5kD4I12mA串聯(lián) 化簡6 12 15 20i(mA)U(V)0963+圖9-9設(shè)計(jì)分析u(V)i(mA)012斜率為1i(mA)u(V)06斜率為1.5i(mA)u(V)60斜率為0.56實(shí)驗(yàn)過程圖9-81搭建電路圖如下2使用Multisim自帶仿真選項(xiàng)中的分析功能建圖和形成e

5、xcel表格。具體步驟如下。仿真選項(xiàng)分析直流掃描分析設(shè)置參數(shù)仿真將數(shù)據(jù)導(dǎo)入excel選源為vv2,起始數(shù)值為-2，終止數(shù)值為2增量0.1輸出參數(shù)設(shè)置，如上圖（分析所選變量中-I（v2）是用add expression添加的，默認(rèn)中沒有）仿真導(dǎo)入到excel（紅圈處）直接形成excel表格（所以用該方法不需要用電流表逐個測電流節(jié)約時間）將數(shù)據(jù)處理成自己喜歡的格式并加入理論值進(jìn)行對比數(shù)據(jù)表格u/v-2-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3測量I/A-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002理論I/A-0.002-0.002-0

6、.002-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002u/v-1.2-1.1-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5測量I/A-0.002-0.00196-0.00184-0.00167-0.0015-0.00132-0.00113-0.00095理論I/A-0.002-0.002-0.002-0.0018-0.0016-0.0014-0.0012-0.001u/v-0.4-0.3-0.2-0.16.38E-160.10.20.3測量I/A-0.00076-0.00057-0.00038-0.000191.66E-140.000190.000380.00057理論I/A-0.

7、0008-0.0006-0.0004-0.000200.00020.00040.0006u/v0.40.50.60.70.80.911.1測量I/A0.0007590.0009470.0011340.0013180.0014990.0016750.0018370.001961理論I/A0.00080.0010.00120.00140.00160.00180.0020.002u/v1.21.31.41.51.61.71.81.9測量I/A0.0019980.0020.0020.0020.0020.0020.0020.002理論I/A0.0020.0020.0020.0020.0020.0020.

8、0020.002圖形對比誤差分析在01v的圖像中，斜率k=0.00189,理論值k0=0.002所以誤差E=|1.89-2|/2=5.5%校正因?yàn)樾甭瘦^小所以將500歐的電阻替換為475歐的電阻校正后數(shù)據(jù)表格U/V-2-1.9-1.8-1.7-1.6測量值I/A-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002理論值I/A-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002U/V-1.5-1.4-1.3-1.2-1.1測量值I/A-0.002-0.002-0.002-0.002-0.00199理論值I/A-0.002-0.002-0.002-0.002-0.002U/V-1-

9、0.9-0.8-0.7-0.6測量值I/A-0.0019-0.00175-0.00157-0.00138-0.00119理論值I/A-0.002-0.0018-0.0016-0.0014-0.0012U/V-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1測量值I/A-0.00099-0.0008-0.0006-0.0004-0.0002理論值I/A-0.001-0.0008-0.0006-0.0004-0.0002U/V6.38E-160.10.20.30.4測量值I/A1.74E-140.00020.0003990.0005980.000796理論值I/A00.00020.00040.00060.0

10、008U/V0.50.60.70.80.9測量值I/A0.0009930.0011890.0013810.0015690.001748理論值I/A0.0010.00120.00140.00160.0018U/V11.11.21.31.4測量值I/A0.0019040.001990.0020.0020.002理論值I/A0.0020.0020.0020.0020.002U/V1.51.61.71.81.9測量值I/A0.0020.0020.0020.0020.002理論值I/A0.0020.0020.0020.0020.002得到新的校正后曲線，擬合度增加實(shí)驗(yàn)二圖9-91搭建電路圖如下，成圖方法

11、詳見圖9-8實(shí)驗(yàn) 化簡直接仿真的到圖形數(shù)據(jù)表格U/V-25-24-23-22-21I/A-0.01158-0.01098-0.01038-0.00979-0.00919U/V-19-18-17-16-15I/A-0.008-0.0074-0.00681-0.00623-0.00591U/V-14-13-12-11-10I/A-0.00498-0.00401-0.00305-0.0025-0.00201U/V-9-8-7-6-5I/A-0.00151-0.00102-0.00053-6E-05-2.6E-11U/V-4-3-2-10I/A-1.2E-112.49E-121.65E-113.05E

12、-114.45E-11U/V12345I/A5.85E-117.25E-118.65E-111E-101.14E-10U/V678910I/A5.95E-050.000530.001020.0015140.002009U/V1112131415I/A0.0025040.0030520.004010.0049830.005913U/V1617181920I/A0.006230.006810.0074020.0079960.008592U/V2122232425I/A0.0091890.0097860.0103840.0109820.01158與理論值進(jìn)行對比7校正 通過圖形我們可以看到在>

13、15v時圖像擬合度不是很好，且斜率偏小所以將1.666667K歐的電阻替換為1.5k歐校正后數(shù)據(jù)表格U/V-25-24-23-22-21測量值I/A-0.0122-0.01153-0.01087-0.01021-0.00954理論值I/A-0.012-0.0114-0.0108-0.0102-0.0096U/V-20-19-18-17-16測量值I/A-0.00888-0.00822-0.00756-0.0069-0.00625理論值I/A-0.009-0.0084-0.0078-0.0072-0.0066U/V-15-14-13-12-11測量值I/A-0.00591-0.00498-0.0

14、0401-0.00305-0.0025理論值I/A-0.006-0.005-0.004-0.003-0.0025U/V-10-9-8-7-6測量值I/A-0.00201-0.00151-0.00102-0.00053-6E-05理論值I/A-0.002-0.0015-0.001-0.00050U/V-5-4-3-2-1測量值I/A-2.6E-11-1.2E-112.49E-121.65E-113.05E-11理論值I/A00000U/V01234測量值I/A4.45E-115.85E-117.25E-118.65E-111E-10理論值I/A00000U/V56789測量值I/A1.14E-1

15、05.95E-050.000530.001020.001514理論值I/A000.00050.0010.0015U/V1011121314測量值I/A0.0020090.0025040.0030520.004010.004983理論值I/A0.0020.00250.0030.0040.005U/V1516171819測量值I/A0.0059130.0062540.0068980.0075560.008216理論值I/A0.0060.00660.00720.00780.0084U/V2021222324測量值I/A0.0088780.0095410.0102050.0108690.011534理

16、論值I/A0.0090.00960.01020.01080.0114校正后圖像比較擬合度增加四實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們可以看到實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)所繪成的圖與了理論圖符合的較好。在某些拐點(diǎn)處出現(xiàn)的圖像偏差可能是由二級管正向壓降造成，這是系統(tǒng)誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了通過二端元件的組合所構(gòu)成的非線性電阻電路的伏安特曲線可以為特定的曲線。五結(jié)論與總結(jié)通過這次試驗(yàn)，我對非線性電阻電路有了進(jìn)一步的認(rèn)識。對于一個一端口網(wǎng)絡(luò)，不管內(nèi)部組成，其端口電壓與電流的關(guān)系可以用uI平面的一條曲線表示。則是將其看成一個二端電阻元件。各種單調(diào)分段線形的非線性元件電路的伏安特性可以用凹電阻和凸電阻作為基本積木塊，綜合出各種所需的新元件。常用串聯(lián)分解