非線性電阻電路的設(shè)計

1、電工電子綜合實驗論文非線性電阻電路的設(shè)計班 級：學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)老師：日 期：2013.4.22 一、摘要本實驗提出兩個非線性電阻電路，要求實現(xiàn)非線性電阻電路的伏安特性曲線線性化。本次實驗中主要采用圖解法對非線性電路進(jìn)行研究，結(jié)合串聯(lián)和并聯(lián)分解法利用線性元件設(shè)計非線性電阻電路，再使用mutisim11.0軟件仿真，觀察非線性電阻的伏安特性并對電路進(jìn)行修正。二、關(guān)鍵詞非線性電阻 凹電阻 凸電阻 并聯(lián)分解法 串聯(lián)分解法 三、引言實驗?zāi)康模篈 實現(xiàn)用二極管、穩(wěn)壓管等元器件設(shè)計如圖1、2所示伏安特性的非線性電阻電路i(mA)012-2-1 圖1： B 測量所設(shè)計電路的伏安特性并作曲線，與圖1，圖2

2、比對。-20 -15 -12 -66 12 15 20i(mA)U(V)0-3-6-9963圖2：設(shè)計參考：實現(xiàn)給定的非線性電阻電路，首先需要了解非線性電阻電路的分段線性化法及串聯(lián)、并聯(lián)分解法。（1）非線性電阻的非線性化A常用元件在分段線性化法中，常引用理想二極管模型。它的特性是：當(dāng)電壓為正向時，二極管全導(dǎo)通，它可用“短路”替代（i0時，u=0）。當(dāng)電壓為反向時，二極管截至，它可用“開路”替代（u0時，i=0）。（如圖3）其他常用元件有二極管、穩(wěn)壓管、恒流管、電壓源、電流源和線性電阻等。（如圖4） 圖4B凹電阻當(dāng)兩個或兩個以上元件串聯(lián)時，電路的伏安特性圖上的電壓是各元件電壓之和。如圖所示，是將

3、圖1中電壓源、線性電阻、理想二極管串聯(lián)組成。主要參數(shù)是Us和G，改變Us和G的值，就可以得到不同參數(shù)的凹電阻，其中電壓源也可以用穩(wěn)壓管代替?？偟姆蔡匦孕螤顬榘夹危ㄈ鐖D五）。 圖5C凸電阻與凹電阻對應(yīng)，凸電阻是當(dāng)兩個或以上元件并聯(lián)時，電流是各元件電流之和。是將圖1中電流源、電阻、理想二極管并聯(lián)組成。主要參數(shù)為Is和R，改變Is和R的值就可以得到不同參數(shù)的凸電阻?？偟姆蔡匦詾橥剐危ㄈ鐖D六）。圖6D串聯(lián)分解法串聯(lián)分解法在伏安特性圖中以電流I軸為界來分解曲線。分解得分電路在相同的I軸坐標(biāo)上U值相加得原電路。實際電路為分電路的串聯(lián) 圖6 圖7 E并聯(lián)分解法在伏安特性圖中以電壓U軸為界來分解曲線。分解

4、得分電路在相同的U軸坐標(biāo)上I值相加得原電路。實際電路為分電路的并聯(lián)。四正文A設(shè)計圖1所示電路（1）對于圖1，我們可以采用串聯(lián)分析法。由于該曲線關(guān)于i軸奇對稱，兩個非線性電阻網(wǎng)絡(luò)只是反相而已，所以我們只需分析第一象限的圖。圖1的伏安曲線同樣可以分解成圖8（A），圖8（B）的兩個凸電阻串聯(lián)組成i(mA)012-2-1i(mA)u2(V)-1-2 = 圖8（A） 圖8（B）所以圖8（A）可用圖9（A）所示的電路來實現(xiàn)，而圖8（B）可用圖9（B）所示的電路來實現(xiàn)圖9（A） 圖9（B） B設(shè)計圖2所示電路 對圖2所示伏安特性曲線進(jìn)行分析。首先用并聯(lián)分析法分析。并聯(lián)分析法是在i-u特性圖中以u軸為界來分解

5、曲線。那么圖2中u軸上下兩個部分可用并聯(lián)兩個非線性電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。由于該曲線關(guān)于i軸奇對稱，兩個非線性電阻網(wǎng)絡(luò)只是反相而已，所以只討論u軸以上的部分。6 12 15 20963i/mAi/mA369-20 -15 -12 -66 12 15 20963i/mA6 12 15 20i(mA)U(V)0963斜率為0.5斜率為1斜率為0.6（串聯(lián)）u(V)i(mA)06361215斜率為0.5斜率為1i(mA)u(V)06斜率為1.5（并聯(lián)）u(V)i(mA)012斜率為0.5i(mA)u(V)60斜率為0.5（串聯(lián)）圖9u/Vi/mA-0.6-1.1170.61.117-1.5-2-0.5-0.

6、9330.71.299-1.3-2-0.3-0.5610.81.478-1.1-2-0.1-0.1870.91.652-1.0-1.837001.01.837-0.9-1.6520.10.1871.12-0.8-1.4780.30.5611.32-0.7-1.2990.50.9331.52C、用mutisim11.0對圖9電路用點測法進(jìn)行仿真實驗菱形實驗值 正方形理論值由所繪曲線可以看出實際伏安特性與理論值基本一致。在電壓為（0.5 1）V附近有小幅誤差，電流較理論值偏小，可能是由于二極管在反偏時有一定反偏電流造成。D用mutisim11.0對圖12電路用點測法進(jìn)行仿真實驗u/V-20-19-

7、18-17-16-15-14i/mA-8.590 -7.986 -7.386 -6.786 -6.189 -5.596 -4.935 u/V-13-12-11-10-9-8-7i/mA-3.993 -3.043 -2.501 -2.006 -1.512 -1.107 -0.527 u/V-6-5-4-3-2-10i/mA-0.057 -0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 u/V1234567i/mA0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.057 0.527 u/V891011121314i/mA1.107 1.512 2.006 2.

8、501 3.043 3.993 4.935 u/V151617181920i/mA5.596 6.189 6.786 7.386 7.986 8.590 菱形實驗值 正方形理論值藍(lán)色實驗值 紅色理論值由所繪曲線可以看出實際仿真結(jié)果與理論值基本符合，在電壓為（1520）V附近有小幅誤差，電流較理論值偏小，可能是由于二極管在反偏時有一定反偏電流造成。五、結(jié)論對于一個一端口網(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)分解法或并聯(lián)分解法進(jìn)行綜合。非線性元件的伏安特性曲線可以近似地用若干條直線來表示，但會有一定的誤差，使用時應(yīng)考慮導(dǎo)通電壓，反偏電流等因素。所以在實際使用時可根據(jù)考慮的因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。實驗中，利用所學(xué)知識和Multisim11.0軟件的仿真，按實驗要求方向設(shè)計出了兩個非線性電阻電路，出了在ui曲線的轉(zhuǎn)折點處略有偏差外，較好的滿足了實驗設(shè)計的要求六、致謝感謝老師認(rèn)真細(xì)致的講解mutisim11.0仿真軟件并對實驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行解疑，在與