非线性电阻电路的研究.docx
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非线性电阻电路的研究
电工电子综合实验
（1）
专题实验报告
非线性电阻电路的研究
学院：
自动化班级：
09102003
学号：
0910200310姓名：
李福
指导老师：
徐行健
非线性电阻电路的设计
一、摘要
根据实验要求给出的伏安特性曲线设计出两个非线性电阻电路，通过mutisim7.0软件进行仿真，画出设计电路的i-u曲线与要求曲线对比，并进行误差分析。
实验中灵活使用串联分解法和并联分解法将曲线分解，结合凸电阻和凹电阻的概念进行电路设计。
二、关键字
非线性电阻电路，凸电阻，凹电阻，串联分解法，并联分解法。
三、引言
进行非线性电阻电路的设计首先要了解非线性电阻的特性及凸电阻、凹电阻的概念，实验所给的曲线需要进行分段设计，所以实验需要采用串并联分解法对曲线进行分步设计，最后进行电路的组合，设计出所需电路。
四、正文
1.设计要求
（1）用二极管、稳压管、稳流管等元器件设计图1、2所示伏安特性的非线性电阻电路
图1图2
（2）测量所设计电路的伏安特性并作曲线，与上图对比
2.设计参考及设计思路
（1）非线性电阻电路的伏安特性
1）常用二段电阻元件的伏安特性曲线
理想二极管（u=0，i>0;u<0.i=0）
图3
2）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，是将图3中电压源、线性电阻、理想二极管串联组成。
主要参数是Us和G，改变Us和G的值，就可以得到不同参数的凹电阻，其中电压源也可以用稳压管代替。
总的伏安特性形状为凹形。
图4
3）凸电阻。
与凹电阻对应，凸电阻是当两个或以上元件并联时，电流是各元件电流之和。
是将图3中电流源、电阻、理想二极管并联组成。
主要参数为Is和R，改变Is和R的值就可以得到不同参数的凸电阻。
总的伏安特性为凸形。
图5
（3）非线性电路元件的综合
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。
分解得分电路在相同的I轴坐标上U值相加得原电路。
实际电路为分电路的串联。
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。
分解得分电路在相同的U轴坐标上I值相加得原电路。
实际电路为分电路的并联。
（4）实验电路设计
1）用串联分解法分解图1
==
由此可见，图1所示曲线可与下面非线性电阻电路得到：
简化得：
2）分析图2所示曲线.首先用并联分析法分析。
并联分析法是在i-u特性图中以u轴为界来分解曲线。
那么图2中u轴上下两个部分可用并联两个非线性电阻网络来实现。
由于该曲线关于i轴奇对称，两个非线性电阻网络只是反相而已，所以只讨论u轴以上的部分,对称部分只需要将原电路二极管反接与之并联即可。
（串联）
（并联）
（串联）
组合得：
3.使用Multisim7.0软件模拟实验。
（1）图一所示曲线。
测得实验数据：
U\V
-3
-2
-1
-0.8
-0.7
-0.5
-0.3
-0.1
0
0.1
0．3
I\mA
-2
-2
-2
-1.499
-1.318
-0.947
-0.57
-0.19
0
0.19
0.57
U\V
0.5
0.7
0.8
1
2
3
I\mA
0.947
1.318
1.499
2
2
2
对应的伏安特性图：
误差分析：
取点（0.3，0.570）,（0.8,1.499）与图1对比，可得实验误差为：
E=|0.6-0.570|/0.6=5%E=|1.6-1.499|/1.6=6.31%，在误差允许范围内，可认为实验模拟结果与设计要求吻合，该电路正确。
（2）图2曲线所示曲线。
测得实验数据：
U\V
-20
-18
-17
-16
-15
-13
-12
I\mA
-8.59
-7.386
-6.786
-6.186
-5.596
-3.993
-3.043
U\V
-10
-9
-8
-6
-4
0
4
6
I\mA
-2.006
-1.512
-1.097
-0.057
0
0
0
0.057
U\V
8
9
10
12
13
15
16
17
I\mA
1.097
1.512
2.006
3．043
3.993
5.596
6.186
6.782
所对应的伏安特性曲线：
误差分析：
在曲线的三段中分别取一个点与要求曲线进行误差分析，取点（18,7.386），（13,3.993），（8,1.107）进行误差分析，计算可得，误差分别为：
|7.386-7.8|/7.8=5.3%，|3.993-4|/4=0.17%，|1.097-1|/1=9.7%，均在误差范围内，所以实验结果与要求曲线大致吻合，所设计的实验电路正确。
五、结论
实验研究了由非线性元件组成的电路其伏安特性曲线，通过电路设计及曲线绘制可以发现非线性电阻电路的伏安特性曲线可以近似用几条分段直线来表示。
同时通过对由仿真软件模拟得到的实验结果分析可以发现实验得到的电流比理想情况要小，这可能是由于二极管及电源本身存在电阻所致，实验可以通过减小串联电阻来使实验结果与要求的更加吻合。
六、致谢
感谢老师认真讲解仿真软件的使用，使实验的进行比较顺利。
感谢同学们的通力合作，解决了实验中所遇到的一些问题。
同时感谢此次专题实验的机会，让我通过学习掌握了非线性电阻电路的分析方法及伏安特性，并且在探究中了解了更多有用的分析方法。
七、参考文献
《电路》（第二版）黄锦安主编机械工业出版社出版
《电工仪表与电路实验技术》马鑫金主编南京理工大学出版
《模拟电子技术基础》周淑阁主编高等教育出版社
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