还剩8页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
非线性电阻电路的研究Thestudyofthenonlinearresistivecircuits__童娟娟
(0804240205)Author:TongJuanjuan0804240205
一、摘要本实验初步研究了非线性电阻电路的伏安特性曲线及非线性电阻电路的综合在非线性电阻电路伏安特性曲线的研究中,首先了解了各种常用元件的伏安特性,为以下熟练应用打下基础;第二,认知凹电阻及凸电阻的概念,为后续分段分析伏安特性曲线打下基础在非线性电阻电路综合的研究中,主要学习了串联分解法和并联分解法,并用凹电阻和凸电阻作基本积木块综合出各种单调分段线性的非线性元件电路伏安特性经过以上两部分的研究,完成了实验要求,即用二极管、稳压管、恒流管等元器件设计如图一图二所示伏安特性的非线性电阻电路,并测量所设计电路的伏安特性并作曲线图一图二InthisstudyIdidapreliminarystudyofthevolt-amperecharacteristiccurveofthenonlinearresistivecircuitsandtheintegratednonlinearresistivecircuits.Inthestudyofthevolt-amperecharacteristiccurveofnon-linearresistivecircuitsItriedtounderstandthevolt-amperecharacteristicsofavarietyofcommoncomponentsfirstlywhichlaysthefoundationforthefollowingskilledapplication;SecondIlearnedthecon__ptoftheconc__eandconvexresistorswhichlaysthefoundationforfollow-up____ysisofeachsectionofthevolt-amperecharacteristiccurve.InacomprehensivestudyoftheintegratednonlinearresistivecircuitI__inlyunderstoodthemeansofthedecompositionbyseriesconnectionandparallelconnectionandthenusedtheconc__eandconvexresistorsasabasicbuildingblocktosynthesizeavarietyofmonotonepie__wise-linearnon-linearvolt-amperecharacteristicsofthecircuitcomponents.AfterthetwopartsofthestudyaboveIcompletedtheexperimentsaccordingtotheexperimentalrequirementsasfollows:Withdiodesvoltageregulatortubeconstantcurrentdesignofpipingandothercomponentsdesignnonlinearresistivecircuitsaccordingtothevolt-amperecharacteristiccurveshowninFigure1andFigure2measurethevolt-amperecharacteristicsofthecircuitsand__kecurves.
二、关键词非线性电阻电路nonlinearresistivecircuits常用元件commoncomponents分段线性linearineachsection伏安特性曲线volt-amperecharacteristiccurve凹电阻conc__eresistors凸电阻convexresistors串联分解法meansofthedecompositionbyseriesconnection并联分解法meansofthedecompositionbyparallelconnection
三、引言理论上,一切实际电路严格说来都是非线性的从工程技术角度出发,有时可以不考虑元件的非线性,而认为它们是线形的但实际电路中仍有许多元件的非线性特性不容忽略,它们的非线性程度较为明显,否则会产生极大的误差而且有时无法解释电路中所发生的现象界定一个电路是线性的还是非线性的,要看电路中的电路元件参数是否随电路变量(电压、电流等)的变化如果电路中至少有一个元件的参数与电路变量有关,就称为非线性电路相应地,参数随电路变化的元件则称为非线性元件对于非线性电阻来说,它的伏安特性曲线不是一条通过i-u平面原点的直线,而是遵循某种特定的非线性函数关系,而且大多数非线性电阻都不是双向性的,而是单向性的,即其伏安特性曲线与加在它两端的电压极性或流过的电流方向有关,其特性曲线不对称于坐标原点于是,本次研究的目的就在于线性电路和非线性电路的过渡,解决如何运用对线性电路的了解来探索非线性电路的特性,如何把非线性电路转化成线性电路的综合的问题根据已有的非线性电路知识,非线性电阻的伏安特性曲线可以分段线性化,对每个线性区域都可以用线性电路的计算方法求解而分析非线性电阻电路的基本依据仍然是基尔霍夫定律和元件的伏安关系,于是我从各种常用的电阻元件的伏安特性入手,欲用它们的串并混联来得到各种单调伏安特性曲线,再运用串联分解法和并联分解法来综合它们
四、正文
1、原理阐述
(1)常用二端电阻元件及其伏安特性曲线电压源电流源线性电阻稳压管理想二极管
(2)凹电阻与凸电阻
①凹电阻当两个或两个以上元件串联时,电路的伏安特性图上的电压是各元件电压之和如图所示其伏安特性曲线为斜率为1/R=
0.5,横轴截距为6V具有上述伏安特性曲线的电阻称为凹电阻其中主要改变电压源和电阻的参数就可以得到不同参数的凹电阻后续的分析过程即是以此电路为基本模块拼接而成的
②凸电阻与凹电阻对应,凸电阻则是当两个或以上元件并联时,电流是各元件电流之和如图所示其伏安特性曲线为纵轴截距为6__斜率为1/R=1具有如上伏安特性曲线的电阻称为凸电阻上述电阻的主要参数是电流源和电阻,改变这两个参数就可以得到不同参数的凸电阻后续的分析过程即是以此电路为基本模块拼接而成的
(3)串联分解法和并联分解法各种单调分段线性的非线性元件电路的伏安特性可以用凹电阻和凸电阻作基本积木块,综合出各种所需的新元件常用串联分解法和并联分解法进行综合串联分解法在伏安特性图中以电流I轴为界来分解曲线,而并联分解法在伏安特性图中是以电压U轴为界来分解曲线而在实际分解过程中,要根据曲线斜率及凹凸变化来判断将基本模块串或并联以叠加形成所需图样
2、实验过程
(1)实验一设计如图所示的非线性电阻电路
①先将图形沿i轴分解为如下两部分+
②而第一象限的图可以用以下电路来实现
③第三象限的图可以用以下电路来实现
④将两个电路串联再化简即成为
⑤测量电路中的电压和电流得到以下测量值u/Vi/__u/Vi/__00-
0.1-
0.
190.
10.19-
0.2-
0.
380.
20.38-
0.3-
0.
570.
30.57-
0.4-
0.
7590.
40.759-
0.5-
0.
9470.
50.947-
0.6-
1.
1330.
61.133-
0.7-
1.
3180.
71.318-
0.8-
1.
4990.
81.499-
0.9-
1.
6740.
91.674-1-
1.
83711.837-
1.1-
1.
9611.
11.961-
1.2-
1.
9611.
21.998-
1.3-
21.32-
1.4-
21.42-
1.5-
21.52
⑥将数据整理成伏安特性曲线2实验二设计如下图所示的非线性电阻电路先沿u轴将所求曲线分成两部分+以第一象限为例分析
①首先u在(0,12)区间上可以用以下电路实现(即为原理中所述的凹电阻基本模块)
②在区间(12,15)上,斜率增加为1,即电阻R需要从2kohm减小为1kohm,于是并联一个同样的电路
③在区间(15,20)上,斜率减小,由凹电阻变为凸电阻,于是串联一个电路(即为原理所述的凸电阻基本模块)
④而第三象限的图形与第一象限对称,完全可以将第一象限的电路反过来
⑤最终得到非线性电阻电路为
⑥仿真点测电压电流值如下i/__u/Vi/__u/V-
8.58-2000-
7.986-
190.0001111-
7.39-
180.0002222-
6.7__-
170.0004443-
6.191-
160.0004444-
5.597-
150.0008885-
4.935-
140.0576-
3.993-
130.5277-
3.043-
121.0198-
2.501-
111.5129-
2.006-
102.00610-
1.512-
92.50111-
1.019-
83.04312-
0.527-
73.99313-
0.057-
64.93514-
0.000__-
55.59715-
0.00044-
46.19116-
0.00044-
36.7__17-
0.00022-
27.3918-
0.00011-
17.
986198.5820
⑦绘制伏安特性曲线
五、结论经过对实验要求伏安特性曲线的分段分解分析,用凹电阻和凸电阻的基本模块叠加出了所要求的电路,并通过仿真软件Multisim7进行仿真点测并作出伏安特性曲线用以验证在对比实验结果与要求的曲线时,发现虽然大体趋势及图形转折点正确,但仍在数据上存在些许误差在实验一结果中,电压u=1V时,电流i=
1.837__而未稳定在2__,在电压u
1.3V之后,电流才稳定在2__这与要求的结果是有所偏差的在u=1V时,电流i的相对误差E=
8.15%在实验二的结果中,同一电压下的电流值对比要求也有相似的偏差分析此误差用一个简单的电阻与二极管串联电路来验证二极管的性质发现二极管并没有理想的正向导通与反向截止,也就是不能将正向时的二极管用导线替代也不能把反向时的二极管用断路理解我推断这便是引起误差的原因之一另外,仿真中所用的电表均存在一定的内阻,并不是理想电表,故也导致一定的误差存在
六、体会这是我第一次接触综合型电路实验课题的研究及实验学术性论文的撰写,在完成电路课程理论学习之后,这是一次提高综合能力和培养研究能力的机会首先,这次综合型电路实验课题不完全是电路课程中已学习过内容的重复,这就要求我们要根据课题的需要自行查找资料,确定方案,最后完成这次我选定的课题是非线性电阻电路的研究,在电路课程的学习中已经接触了一些有关非线性电路的知识,了解了一些基本概念和计算方法如分段线性化法和小__分析法,其中分段线性化法与本实验的基本目的互逆,分段线性化法是将非线性电阻的伏安特性曲线近似地用若干条直线段来代替,把非线性电路的求解过程分成几个线性区域,而本实验是要求通过已给出的分段线性化的伏安特性曲线设计出对应的非线性电阻电路,这便要将课本中的知识倒用,同时加深了对课本知识的理解凹电阻和凸电阻的概念在电路课中已有初步涉及,在本实验中,凹电阻和凸电阻基本积木块的叠加占了主要的地位,将这些基本模块串联或并联即可得到所需的新元件在分析判断凹电阻和凸电阻基本模块的联结方式时,用到了串联分解法和并联分解法,即通过对曲线斜率变化趋势的分析一步步叠加出所需的曲线这些分析与计算是本实验中重要的环节之一另一个重要的环节即为用计算机仿真线路以及实际实验测量数据验证实验结果这次实验中我第一次接触到仿真软件Multisim7,这种计算机辅助电子线路设计与仿真软件采用图形方式创建电路,使用虚拟仪器、仪表进行电路参数测试,界面直观,元件库中元件的模型和信息资源丰富,功能强大在实验之前,首先自行熟悉了该软件的使用,提出了一些问题并通过查找资料及询问老师得到了答案在实验中,我运用该软件建立电路,仿真运行,用电表点测电压电流值并记录作伏安特性图这些过程锻炼了我__思考探索的能力,学习运用可运用的工具资源为我的实验目的服务这款软件也将在我今后的许多研究中起到很重要的作用同时我也深刻的体会到了计算机辅助设计带来的方便,很好的克服了实验室的诸多有限带来的困难,可以做到及时设计及时验证及时修改,节省了大量的时间同时,最终对实验结果的分析也必不可少我所得出的实验结果与要求的实验结果并不是非常__的吻合,在某些数据上有些许误差,对实验误差的分析是实验能够很好收尾的重要部分,在误差分析的过程中也对某些理论有了更深层次更实际的理解总之,本次综合实验是一个曲折而有意义的过程,让我初步体会了__思考探索的精神,也锻炼了我运用各种工具和资源为实验服务的能力,这成为我后续一系列研究学习的良好开端,为我今后的研究学习打下了良好的基础
七、致谢及____感谢在实验过程中为我提供帮助的孙建红老师,黄锦安老师____《电工仪表与电路实验技术》(机械工业出版社马鑫金编著)《非线性电路与混沌》(辞学出版社高金峰编著)《电路(第2版)》(机械工业出版社主编黄锦安)i/Au/Vi/A121u/Vi/__u/Vi/Au/V5i/Au/V-10-8-6-4-20246810-20-18-16-14-12-10-8-6-4-202468101214161820u/Vi/__。