非线性电阻电路的研究应用.doc
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1、电工电子综合实验论文非线性电阻电路及应用研究班 级:姓 名:学 号:指引教师:一、摘要咱们已经懂得由线性元件构成电路称为线性电路,若电路中具有非线性元件则称为非线性电路。线性电路满足欧姆定律和叠加定理,因而由欧姆定律和叠加定理引出一系列办法和定理,如回路电流法、节点电压法、戴维南(诺顿)定理、互易定理等等,均合用于求解线性电路。对于非线性电路,欧姆定律和叠加定理不再成立,因而上述这些线性电路分析办法和定理已不再合用于求解非线性电路,只能有条件地应用于非线性电路中线性某些求解。在非线性电路中,KCL和KVL仍成立,而非线性电阻伏安特性则取代了线性电阻欧姆定律。求解非线性电阻电路办法有图解法、解析
2、法和数值法。本次实验中重要采用图解法对非线性电路进行研究。并使用multisim7.0软件仿真,在设计电路时使用串联和并联分解法,并在仿真实验后对电路进行修正。二、核心词非线性 二极管 仿真 凹电阻 凸电阻 串联分解法 并联分解法三、引言对于一种一端口网络,不论内部构成,其端口电压与电流关系可以用u-i平面一条曲线表达。则是将其当作一种二端电阻元件。常用二端电阻元件有二极管、稳压管、恒流管、电压源、电流源和线性电阻等。运用这些元件串、并联或混联就可得到各种单向单调伏安特性曲线。四、电路设计规定(1)非线性电阻电路设计规定如下:用二极管、稳压管、稳流管等元器件设计如图1、图2所示伏安特性非线性电
3、阻电路。测量所设计伏安特性并作曲线,与图1、图2比较。(2)实验材料、原理:二极管,电阻,电流源,电压源。根据基尔霍夫定律和元件伏安关系,分析非线性电阻电路特性,并采用串联分解法和并联分解法,分段分析,进而分析非线性电阻电路特性曲线。五、电路设计参照对于一种一端口网络,不论内部构成,其端口电压与电流关系可以用u-i平面一条曲线表达。则是将其当作一种二端电阻元件。常用二端电阻元件有二极管、稳压管、恒流管、电压源、电流源和线性电阻等。运用这些元件串、并联或混联就可得到各种单向单调伏安特性曲线。(1)非线性电阻电路伏安特性1)咱们在所学电路及有关物理知识中理解到电压源、电流源、二极管、线性电阻特性曲
4、线。电压源 iuO电流源 iuO 二极管 uiO线性电阻 Oui 2)凹电阻。当两个或两个以上元件串联时,电路伏安特性图上电压是各元件电压之和。具备上述伏安特性电阻称之为凹电阻。其重要参数是Us和G=1/R,变化Us和G值就可以得到不同参数凹电阻。 iOuUG=1/R3)凸电阻。与凹电阻相相应,凸电阻则是当两个或两个以上元件并联时,电流是各元件电流之和。具备上述伏安特性电阻称为凸电阻。其重要参数是Is和R=1/G,改编Is和R值就可以得到不同参数凸电阻。 iG=1/RuOI(2)非线性元件电路综合 各种单调分段线性非线性元件电路伏安特性可以用凹电阻和凸电阻做基本积木块,综合出各种所需新元件。惯
5、用串联分解法或并联分解法进行综合。1)串联分解法。串联分解法在伏安特性图中以电流I轴为界来分解曲线。2)并联分解法。并联分解法在伏安特性图中以电压U轴为界来分解曲线。六、设计电路(1)对于图1,咱们可以采用串联分析法。串联分解法在伏安特性图中以电流I轴为界来分解曲线。第二象限图是第一象限图旋转180度得到,因此咱们只需分析第一象限图。如图(a)即(b)、(c)两图叠加而成。u/Vi/mA(a)12=Ou/Vi/mA12(b)Ou/Vi/mA2+(c)串联O (设计电路图如上图所示)用mutisim7.0软件电路用点测法进行仿真实验,得到数据如下:u/V-1.5-1.2-1.0 -0.8 -0.
6、6 -0.4 -0.2 0.0 i/mA-2.000-1.998 -1.837 -1.499 -1.133 -0.759 -0.380 0.000 u/V0.20.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 i/mA0.3800.759 1.133 1.499 1.837 1.998 2.000 依照上述数据画伏安特性曲线,如下图:观测图形,此电路并没有在u=1v时才达到2mA,而是在1.4v左右才达到了2mA,可见二极管是有导通电压。因此在图所示电路中,要使R上电压减小,为此对电路进行修正。有两种办法:1,减少二极管导通电压。2,减小电阻。但由于二极管参数在出厂时就是拟定了,因此这里将电阻减
7、小并进行多次实验后得到较好电阻阻值。(如图)仿真得到成果:u/V-1.5-1.2-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 i/mA-2.000-2.000 -1.939 -1.613 -1.224 -0.821 -0.441 0.000 u/V0.20.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 i/mA0.4410.821 1.224 1.613 1.939 2.000 2.000 画出伏安特性曲线:误差分析:取点(0.6,1.224)(-0.6,-1.224)计算出斜率k=2.04,斜率相对误差E=|k-k0|/k0=2%。且此时u=1.0V处电流更接近2.000mA,电流
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