线性与非线性元件
电路基础原理电路的非线性与线性化
电路基础原理电路的非线性与线性化电路基础原理——电路的非线性与线性化电路是电子学的基础概念之一，它在我们的日常生活中无处不在。
我们常常听到有关电路的性质，其中涉及到一个重要的概念，那就是电路的非线性与线性化。
在本文中，我们将深入探讨电路的非线性特性以及实现线性化的方法。
一、电路的线性与非线性特性电路的线性性质指的是其元件、信号和响应之间遵循线性关系的特性。
换句话说，如果输入信号的变化引起了输出信号的相应变化，并且这种响应是比例的，我们可以说该电路具有线性特性。
例如，当我们在电路中施加一个正弦波信号，如果输出的波形仍然是正弦波，且与输入的频率和振幅成正比，那么这个电路就是线性的。
然而，并非所有电路都具有线性特性。
许多电子元件和电路都会引起非线性响应，这是因为它们的操作原理与输入信号之间不是简单的线性关系。
在非线性电路中，输入信号的变化可能导致输出信号的非比例变化。
例如，在某些放大器中，如果输入信号的幅度过大，输出信号可能会失真或饱和。
这些非线性特性的存在使得电子系统更加复杂，需要额外的处理和修正。
二、实现电路的线性化方法虽然电路的非线性特性往往不可避免，但我们可以采取一些方法来实现电路的线性化。
下面将介绍几种常用的线性化方法。
1. 反馈技术反馈技术是一种常用的线性化方法，它通过将部分输出信号反馈到输入端来调节电路。
通过适当设计反馈电路，我们可以弱化或抵消非线性元件的影响，从而实现电路的线性化。
例如，负反馈放大器通过控制放大倍数，减小非线性失真。
2. 预失真技术预失真技术是另一种常用的线性化方法，它在输入信号经过电路之前施加一个相反的失真信号。
这样做的目的是在电路中引入补偿，以抵消非线性元件的影响。
这种方法可以有效减小或消除电路的非线性失真，提高系统的性能。
3. 温度补偿技术温度对电子元件的性能产生重要影响，特别是对一些非线性元件来说。
因此，温度补偿技术被广泛应用于电路的线性化中。
这种方法利用温度传感器监测温度变化，并通过相应的控制电路来调整元件的工作状态，以保持其性能稳定。
实验1线性和非线性元件伏安特性测定
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验13.异步电动机继电控制的基本电路
2.实验内容和步骤 3.接线图
2． 实验内容和步骤
3.接线图
1.实验原理
测量电容两端电压随时间变化的曲线 （P.22图6-4取消，电路中的电阻用电阻箱）
用示波器只能测电压，不能测电流。
用示波器测量电流曲线的方法：从电阻 上测电压，再换算成电流。
实验7.研究LC元件在直流电路和交流电 路中的特性
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
线性电感元件上的电压、电流关系为 线性电容元件上的电压和电流关系为
解放电过程的微分方程
U c(t)
U e (t t0)/ 0
观测方法：用函数信号发生器输入连续 的方波（包括正负阶跃），通过示波器 观测波形，测量时间常数
实验内容：四个电路，每个电路两组参 数，在坐标纸上绘制8张输出波形图；用 示波器测量第一个电路第一组参数的时 间常数（从充电曲线和放电曲线中任选 一条曲线测量）
（a）含源一端口网络
（b）用戴维南定理等效替代 图3-1等效电源定理
（c）用诺顿定理等效替代
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验4.电压源与电流源的等效变换
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以给外电路提供电 流。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流 源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大 小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与 其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定， 而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4-1所 示。
微波技术11-常用微波元件
2a ln( ) 2 r
1
常用微波元件
•螺钉调配器
螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低 功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元 件。
常用微波元件
实用时，为避免波导短路和击穿，通 常设计螺钉成容性，作可变电容用，螺钉 旋入波导的深度应小于3b/4,b为矩形波导 窄边的尺寸。
常用微波元件
扭波导
平接头
扼流接头
常用微波元件
(2) 拐角、弯曲和扭转元件 当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时， 则要用到扭转元件。 对这些元件的要求是：引入的反射尽可能小、工作频 带宽、功率容量大。
E弯
H弯
常用微波元件 匹配元件
匹配元件的种类很多，这里只介绍膜片，销钉和螺钉匹 配器。
(1) 膜片
线性非互易元件
这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质， 具有非互易特性，其散射矩阵是不对称的。但仍 工作于线性区域，属于线性元件范围。常用的线 性非互易元件有隔离器、环行器等。
常用微波元件
非线性元件
这类元件中含有非线性物质，能对微波信号 进行非线性变换，从而引起频率的改变，并能通 过电磁控制以改变元件的特性参量。
高功率型
常用微波元件
大功率水冷匹配负载
常用微波元件
失配负载
实用中的失配负载都是做成标准失配负载， 具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测 量中作标准终端负载。
失配负载的结构与匹配负载一样，只是波 导口径的尺寸b不同而已。 设b0为标准波导窄边尺寸，b为失配负载波 导的窄边尺寸，由于
Z Z0 Z Z0
常用微波元件
二端口元件可以等效为二端口网络，其散射 矩阵为
S11 S S 21
第十七章 线性电路简介
第十七章 非线性电路简介17．1 基本概念17．1．1 非线性元件与非线性电路 1． 非线性电阻（1） 定义：线性电阻的电压、电流关系是i u -平面上一条过原点的直线，否则称为非线性电阻，用函数)(i u u =或)(u i i =来表示。
（2） 分类：根据电压与电流的函数关系，非线性电阻可以区别成:电压控制型（电流是电压的单值函数，简称压控型）、电流控制型（电压是电流的单值函数，简称流控型）、单调型（电压是电流的单调函数）。
2． 非线性电感（1） 定义：线性电感的磁链、电流关系是i -ψ平面上一条过原点的直线，否则称为非线性电感，用函数)()(ψψψi i i ==或来表示。
（2） 分类：根据磁链与电流的函数关系，非线性电感可以区别成：电源控制型（磁链是电流的单值函数，简称流控型）、磁链控制型（电流是磁链的单值函数，简称链控型）、单调型（磁链是电流的单调函数）。
3． 非线性电容（1） 定义：线性电容的电荷、电压关系是u q -平面上一条过原点的直线，否则称为非线性电容，用函数)()(q u u u q q ==或来表示。
（2） 分类：根据电荷与电压的函数关系，非线性电容可以区别成：电压控制型（电荷是电压的单值函数，简称压控制）、电荷控制型（电压是电荷的单值函数，简称荷控制）、单调型（电荷是电压的单调函数）。
4． 非线性电路及其工作点用非线性方程描述的电路称为非线性电路，通常是指含有非线性元件的电路；不含动态元件的非线性电路称为非线性电阻电路，描述非线性电阻电路的方程是非线性代数方程；含有动态元件的非线性电路称为非线性动态电路，描述非线性动态电路的方程是非线性微分方程。
工作点：非线性电路的直流解称为工作点，它对应特性曲线上的一个确定位置。
5． 非线性元件的静态参数和动态参数（1） 静态参数：工作点与原点相连的直线的斜率，即：静态电阻：)()(Q i Q u RQ=，静态电感：)()(Q i Q L Q ψ=，静态电容：)()(Q u Q q C Q=。
电路基础原理理解电路中的线性与非线性元件
电路基础原理理解电路中的线性与非线性元件电路基础原理：理解电路中的线性与非线性元件在我们日常生活中，电路无处不在。
电路是电子设备中的核心组成部分，也是现代科技发展的基石之一。
在电路中，有线性元件和非线性元件两种不同类型的元件，它们在电路中发挥着不同的作用。
本文将以电路基础原理为主题，来探讨电路中的线性与非线性元件的特性和应用。
首先，我们来了解线性元件。
线性元件是指其电压-电流特性符合线性关系的元件。
这意味着当通过线性元件的电流变化时，电压也会按照相同的比例变化。
常见的线性元件有电阻和电感。
电阻是一种最基础的线性元件，它阻碍电流的流动。
它根据欧姆定律的基本原理，即电流与电压成正比关系，来实现对电流的控制。
在电路中，电阻常常被用来限制电流的大小，调整电压和电流的比例关系。
电感则是另一种常见的线性元件，它具有存储和释放能量的作用。
电感的特性是根据法拉第电磁感应定律进行描述的，即电压变化率与电流变化率成正比。
电感的应用十分广泛，在许多电子设备中用于滤波、调节电流和延迟信号等。
除了线性元件外，非线性元件也是电路中不可或缺的一部分。
与线性元件不同，非线性元件的电压-电流特性不符合简单的线性关系。
它们在电路中引入了非线性的行为，常常用于信号处理和放大。
二极管是最基本的非线性元件之一。
它有一个特殊的电流-电压关系，即正向导通电流非常大，而反向导通电流几乎为零。
这使得二极管在电路中常被用作整流器、开关和信号处理器。
另一个重要的非线性元件是晶体管。
晶体管是一种三端元件，可以实现电流和电压的放大功能。
通过控制输入端电流，晶体管可以控制输出端的电流和电压信号。
因此，晶体管被广泛用于放大电路、开关电路和逻辑电路等。
除了二极管和晶体管，还有一些其他的非线性元件，如场效应管和压敏电阻等。
它们在电路中发挥着重要的作用，丰富了电子设备的功能和可行性。
总之，电路作为电子设备的核心部分，是电子技术的基石。
在电路中，线性元件和非线性元件扮演着不同的角色和功能。
关于线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的讨论
关于线性、非线性元件与纯电阻、非纯电阻元件的讨论线性、非线性与纯电阻、非纯电阻元件的概念是分别从两个不同的角度对电学器件所进行的分类，它们之间无直接的联系。
在欧姆定律一章的教学过程中常常会遇到有些资料或者一线教学的教师，对线性、非线性元件及纯电阻、非纯电阻元件和欧姆定律的适用关系出现一些概念上的混乱。
所以在此我们就这个问题做一些专门的讨论。
人们对通过导体的电流与电压关系的实验研究中，发现温度变化不大时，常见的金属导体中所通过的电流与其两端所加的电压是成正比的，即电压与电流的比值是确定的；而对不同的金属导体这个比值是不同的。
看来电压与电流的比值可以反映导体本身的一种性质，于是物理学中将其比值定义为导体的电阻。
但是在后来的研究中发现也有一些导体所通过的电流与加在其两端的电压并不成正比，于是人们把电压与电流成正比的导体材料叫做线性元件（伏安特性曲线是直线），而把不成正比的导体材料叫做非线性元件。
实验表明常见的线性元件除金属外还有电解质溶液。
而常见的气态导体、半导体材料都是非线性元件。
我们知道物理学中的欧姆定律是实验定律，其内容表述是：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，而跟导体的电阻成反比。
这是由于欧姆当初实验是用常见的金属导体来做实验所得出的该结论。
由此看来欧姆定律是只对线性元件而言的，或者说欧姆定律的适用范围只是线性元件。
需要注意的是I=U/R这个公式对非线性元件仍然是成立的，对非线性元件I=U/R是在某一个工作状态下所对应的数学关系。
人们对用电器工作中能量转化问题的研究中，注意到有一类用电器所消耗的电能是全部转化为内能的，即电流做功用来全部产生焦耳热。
所以电流所做的功W=UIt和焦耳实验定律中得到的电热Q=IR2t二者是相等的，即UIt=IR2t。
化简得到U/I=R，可以理解为这种用电器对电流的阻碍作用全部来自于电阻，所以这种用电器被称之为纯电阻元件。
相反，有些用电器所消耗的电能并没有全部转化为内能，即电流所做的功是大于所产生的焦耳热的，由UIt>IR2t可化简得到U/I>R，可以理解为这种用电器对电流的阻碍作用不纯粹来自于电阻而是还有其它的阻碍作用(将来可由反电动势、感抗、容抗等概念予以解释），所以这种用电器被称之为非纯电阻元件。
线性与非线性元件讲解
（a）含源一端口网络
（b）用戴维南定理等效替代 图3-1等效电源定理
（c）用诺顿定理等效替代
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验4.电压源与电流源的等效变换
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以给外电路提供电 流。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流 源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大 小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与 其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定， 而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4-1所 示。
星形电路:
三角形电路:
2.实验步骤:
1)线电压、相电压测量，用MC1098直接测量， 测量结果填表. 2)星形电路：按图连接电路，测量对称负载有中 线、对称负载无中线、不对称负载有中线、不 对称负载无中线电路的参数。用二瓦计法测量 三相功率的测量电路. 3)三角形电路：测量对称负载、不对称负载电路 的参数，按连接电路. 4)相序测量
( t t0)/
)
解放电过程的微分方程
Uc( t) U0e
( t t0)/
观测方法：用函数信号发生器输入连续 的方波（包括正负阶跃），通过示波器 观测波形，测量时间常数 实验内容：四个电路，每个电路两组参 数，在坐标纸上绘制8张输出波形图；用 示波器测量第一个电路第一组参数的时 间常数（从充电曲线和放电曲线中任选 一条曲线测量）
实验6 二阶电路过渡过程实验
实验电路 由电阻、电容和电感串联组成的电路 该电路可以用二阶微分方程描述，改变 电路参数，电路响应会出现过阻尼、临 界阻尼和欠阻尼三种情况 实验内容 观测并绘制过阻尼、临界阻尼和欠阻尼 三种情况下的6条曲线：电容两端电压随 时间变化的曲线、电流随时间变化的曲 线，按讲义上的要求计算参数
实验七 线性和非线性电学元件伏安特性的测量
实验七线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线电阻是电学中常用的物理量。
利用欧姆定律求导体电阻的方法称为伏安法，它是测量电阻的基本方法之一。
为了研究材料的导电性，通常作出其伏安特性曲线，了解它的电压与电流的关系。
伏安特性曲线是直线的元件称为线性元件，伏安特性曲线不是直线的元件称为非线性元件。
这两种元件的电阻都可用伏安法测量。
但由于测量时电表被引入测量线路，电表内阻必然会影响测量结果，因而应考虑对测量结果进行必要的修正，以减少系统误差。
【实验目的】1．通过对线性电阻伏安特性的测量，学习正确选择和使用伏安法测电阻的两种线路。
2．通过对二极管伏安特性的测量，了解非线性电学元件的导电特性。
3．习按电路图正确地接线，掌握限流电路和分压电路的主要特点。
4．学会用作图法处理实验数据。
【实验仪器】欧姆定律实验盒直流稳压电源滑线变阻器（2个）单刀开关数字电流表数字电压表保护电阻【实验原理】当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。
若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。
若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。
一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图1），从图上看出，直线通过一、三象限。
它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数R =V/I。
常用的半导体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。
为了了解半导体二极管的导电特性，下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。
图1 线性电阻的伏安特性图2 半导体二极管的p-n结和表示符号半导体二极管又叫晶体二极管。
半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。
如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。
线性和非线性元件
线性和非线性元件
齐次性和可加性也可以等价地用一个式子 表示如下：
f (1x1 2 x2 ) 1 f ( x1 ) 2 f ( x2 )
上面三式中均为实常数。例如，假设某一 电阻的伏安特性方程为
v f (i ) 2i
线性和非线性元件
显然有 f ( i) 2( i) (2i) f (i)
f (i1 i2 ) 2(i1 i2 ) f (i1 ) f (i2 )
即它的伏安特性方程即满足齐次性又满足 可加性，为一线性函数，所以该电阻是线 性元件。 特性方程不同时满足齐次性与可加性的元 件称为非线性元件。
线性和非线性元件
Байду номын сангаас线性和非线性元件
如果一个元件的特性方程为线性函数，即它 同时满足下述线性函数所必须具备的齐次性 和可加性，则为线性元件。 所谓线性函数f(x)的齐次性和可加性可以具 体表示如下： f ( x) f ( x) (i)齐次性：
(ii)可加性：
f ( x1 x2 ) f ( x1 ) f ( x2 )
线性与非线性元件伏安特性的测定
8 九孔实验方板 1块200mm×300mm
9 交直流电压电流表 2块 MC1102，MC1108
五．分析与讨论
1．按报告单上所列项日认真填写实验报告。
2．根据实验中所得数据，在坐标纸上绘制两个线性电阻、半导体二极管、小灯泡灯丝的伏安特性曲线。
3．分析实验结果，并得出相应结论。
基尔霍夫回路电压定律；电路中任意时刻．沿任一闭合回路，电压的代数和为零。其数
学表达式为
∑U=0。
此定阐明了任一闭合回路中各电压间的约束关系。这种关系仅与电路的结构有关．而
与构成回路的各元件的性质无关。不论这些元件是线性的或非线性的，含源的或无源的，时
变的或时不变的。
参考方向：
KCL和KVI表达式中的电流和电压都是代数量。它们除具有大小之外，还有其方向，其方向是以它量值的正、负表示的。为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考．称为参考方向。当电路中的电流(或电压)的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。
2k
2.5k
开路
I(mA)
U(V)
2 验证戴维南定理
(1) 分别用直接测量法和补偿法测量C、D端口网络的开路电压UOC；
(2) 用补偿法(或直接测量法)所测得的开路电压UOC和步骤1中测得的短路电流(RL=0)ISC，计算C、D端入端等效电阻
(3)按图3一l(b)构成戴维南等效电路，其中电压源用直流稳压电源代替，调节电源输出电压，使之等于UOC，Ri用电阻箱代替，在C、D端接入负载电阻RL，如图3-5所示。按表3一l中相同的电阻值，测取电流和电压，填入表3—2。
用等效电路替代一端口含源网络的等效性，在于保持外电路中的电流和电压不变，即替
线性元件和非线性元件
线性元件和非线性元件山东省邹平县第一中学李进在金属导体中，电流跟电压成正比，伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。
对欧姆定律不适用的导体和器件，电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。
非线性元件是一种通过它的电流与加在它两端电压不成正比的电工材料，即它的阻值随外界情况的变化而改变．1．只有在其它外界参量（如温度）一定的情况下，线性元件的伏安特性曲线才是通过坐标原点的直线。
实际情况下由于温度的变化，线性元件的伏安曲线仍为过原点的曲线。
学生实验中描绘的小灯泡的伏安曲线就是这样的。
2．线性与非线性的实质：R =是电阻的定义式，是普适的，非线性并不是这个关系不成立了，而是在温度等外界参数不变的情况下，电流不随电压同比变化。
3．非线性的原因：设载流子在与正离子（或空穴）的两次碰撞之间是由静止做匀加速直线运动的，载流子定向移动的速率为v==l为电阻的长度λ为载流子的平均自由程，v热为载流子热运动平均速率对于线性元件，在温度一定的情况下，载流子体密度n，载流子热运动平均速率v热，载流子的平均自由程λ均为定值，ρ、R为定值，因此I与U的正比关系成立。
对于非线性元件，影响载流子体密度n的因素不仅仅是温度，外加电场的强度也会影响载流子的数量（如气体导电过程，随着电压的增大，越来越多的空气分子被电场力“撕裂”成离子，成为载流子），因此即便在温度一定的情况下，I与U的正比关系也是不成立的。
公式也可以用来解释半导体与金属导体的导电特性的差异。
对金属导体，温度升高后，λ减小（正离子运动加剧）、v热增大，n几乎不变（由于金属正离子结构稳定，自由电子浓度受电场影响极小），电阻率升高，电阻增大。
实验七 线性和非线性电学元件伏安特性的测量
实验七线性和非线性电学元件伏安特性的测量本实验主要通过测量不同电学元件的伏安特性，了解电流-电压关系及其特点，并对线性与非线性元件进行区分。
同时，通过实验掌握伏安表和示波器的使用方法。
一、实验器材1. 直流电源2. 电阻箱3. 伏安表4. 示波器5. 切换开关6. 电路板7. 线性电阻、电流表等二、实验原理1. 线性电阻的伏安特性线性电阻是最基本的电阻元件，其伏安特性的特点是与电流成正比，即Ohm定律： U = IR其中，U为电压，I为电流，R为电阻值。
在实验中，通过调整电源输出电压，改变电路中的电流值，并通过伏安表测量电阻两端的电压，然后求解电阻的电压-电流关系，并绘制成伏安特性曲线。
除了线性电阻外，还有一些电学元件，如二极管、三极管、电容、电感等，它们的伏安特性不是线性的，即非线性元件。
其中最常见的是二极管。
其伏安特性的特点是在正向偏置情况下，电压很小时电流几乎不流动；但当电压超过一定值时，电流急剧增加。
而在反向偏置情况下，电流很小，电压增加时，电流也几乎不发生变化，称为反向饱和区。
三、实验步骤1. 准备实验器材并接线。
将直流电源连接到电路板上的正负极，将电阻箱、伏安表、电阻与电路板连接，并用切换开关选择要测量的电路。
选取二极管作为样品，通过调整直流电源输出电压来改变二极管的正向偏置电压，记录电流与电压数据。
描绘二极管的伏安特性曲线。
4. 数据处理与分析以伏安特性曲线为依据，对线性电阻和非线性元件进行分类，并分析非线性元件的工作原理。
四、实验注意事项1. 操作时注意电路的连接情况，避免拧错导致损坏实验器材。
2. 正确选择伏安表的测量范围，以避免仪器烧毁。
3. 电阻、二极管等元件的选取应合适，避免输出电压超过测量范围。
4. 实验完毕后，应及时关闭电源及伏安表电源，避免电路出现短路等危险。
4 . 复习线性电阻和非线性电阻的伏安特性.
4 ． 复 习 线 性 电 阻 和 非 线 性 电 阻 的 伏 安 特 性 。
（ 1 ） 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 服 从 定 律 ， 它 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 。
线 。
非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 不 服 从 非 线 形 定 律 ， 它 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 线 。
（ 2 ） 在 伏 安 特 性 的 测 试 中 ， 只 有 在 电 流 很 小 ， 电 阻 很 小 时 （ 只 有 几 个 欧 姆 ） ， 将 电 压 表 与 电 阻 直 接 ＿ ＿ 联 ， 再 与 电 流 表 联 。
而 测 量 较 大 电 阻 （ R = 200Ω） 的 伏 安 特 性 时 ， 要 将 电 流 表 先 直 接 与 被 测 电 阻 联 后 ， 再 与 电 压 表 联 。
这 是 因 为 。
三 、 实 验 内 容 说 明电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 指 电 阻 元 件 两 端 电 压 U 与 通 过 该 电 阻 元 件 的 电 流 I 之 间 的 关 系 曲 线 。
线 性 电 阻 元 件 伏 安 特 性 服 从 欧 姆 定 律 ， 即 U /I 为 常 数 。
不 但 其 阻 值 不 随 电 压 或 电 流 变 化 而 变 化 ， 而 且 与 电 压 或 电 流 的 方 向 无 关 。
因 此 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 直 线 。
如 图 6－ 2－ l （a ） 所 示 。
非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 不 服 从 欧 姆 定 律 ， 即 U ／ I 不 等 于 常 数 ， 它 与 电 压 电 流 的 大 小 和 方 向 有 关 。
因 此 非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 一 条 通 过 坐 标 原 点 的 曲 线 。
对 电 压 、 电 流 控 制 型 的 非 线 性 电 阻 元 件 ， 如 白 炽 灯 和 晶 体 二 极 管 的 伏 安 特 性 分 别 如 图 个 6—2—1（b ） 和 图 6— 2－ l （c ） 所 示 。
线性元件和非线性元件
线性元件和非线性元件山东省邹平县第一中学李进在金属导体中，电流跟电压成正比，伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。
对欧姆定律不适用的导体和器件，电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。
非线性元件是一种通过它的电流与加在它两头电压不成正比的电工材料，即它的阻值随外界情况的转变而改变．1．只有在其它外界参量（如温度）必然的情况下，线性元件的伏安特性曲线才是通过坐标原点的直线。
实际情况下由于温度的转变，线性元件的伏安曲线仍为过原点的曲线。
学生实验中描画的小灯泡的伏安曲线就是这样的。
2．线性与非线性的实质：R =是电阻的概念式，是普适的，非线性并非是这个关系不成立了，而是在温度等外界参数不变的情况下，电流不随电压同比转变。
3．非线性的原因：设载流子在与正离子（或空穴）的两次碰撞之间是由静止做匀加速直线运动的，载流子定向移动的速度为v==l为电阻的长度λ为载流子的平均自由程，v热为载流子热运动平均速度对于线性元件，在温度必然的情况下，载流子体密度n，载流子热运动平均速度v，载流子的平均自由程λ均为定值，ρ、R为定值，因此I与U的正比关系成立。
热对于非线性元件，影响载流子体密度n的因素不单单是温度，外加电场的强度也会影响载流子的数量（如气体导电进程，随着电压的增大，愈来愈多的空气分子被电场力“撕裂”成离子，成为载流子），因此即便在温度必然的情况下，I与U的正比关系也是不成立的。
公式也可以用来解释半导体与金属导体的导电特性的不同。
对金属导体，温度升高后，λ减小（正离子运动加重）、v热增大，n几乎不变（由于金属正离子结构稳定，自由电子浓度受电场影响极小），电阻率升高，电阻增大。
对于半导体，温度升高后，λ减小（空穴运动加重）、v热增大，而n却由于电子热运动加重，使得大量电子挣脱共价键的束缚成为载流子，而且这种转变对电阻率的影响远大于自由程和热运动速度转变对电阻率的影响，致使半导体电阻率下降，温度减小。
线性元件和非线性元件的区别
线性元件和非线性元件的区别线性元件和非线性元件:在金属导体中,电流跟电压成正比,伏安特性曲线是通过坐标原点的直线,具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件.对欧姆定律不适用的导体和器件,电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。
非线性元件是一种通过它的电流与加在它两端电压不成正比的电工材料，即它的阻值随外界情况的变化而改变．求解含有非线性元件的电路问题通常要借助U-I图像：在定性分析中，重点是掌握理论上的分析方法；而在定量计算中，一般求出的都只能是近似结果．简介定义：在实际生活中，常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，这样画出的I-U图像叫做导体的伏安特性曲线。
某一个金属导体，在温度没有显著变化时，电阻是不变的，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。
导体A.B的伏安特性曲线欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。
这个结论对其它导体是否适用，仍然需要实验的检验。
实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。
也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。
相关信息二极管伏安特性曲线加在PN结两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线称为伏安特性曲线。
如图所示：正向特性：u>0的部分称为正向特性。
反向特性：u<0的部分称为反向特性。
反向击穿：当反向电压超过一定数值U（BR）后，反向电流急剧增加，称之反向击穿。
势垒电容：耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容Cb。
变容二极管：当PN结加反向电压时，Cb明显随u的变化而变化，而制成各种变容二极管。
如下图所示。
平衡少子：PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。
非平衡少子：PN结处于正向偏置时，从P区扩散到N 区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。
扩散电容：扩散区内电荷的积累和释放过程与电容器充、放电过程相同，这种电容效应称为Cd。
线性和非线性的区别
线性和非线性的区别
1. 线性linear，指量与量之间按比例、成直线的关系，在数学上可以理解为一阶导数为常数的函数；
非线性non-linear则指不按比例、不成直线的关系，一阶导数不为常数。
2. 线性的可以认为是1次曲线，比如y=ax+b ,即成一条直线
非线性的可以认为是2次以上的曲线，比如y=ax^2+bx+c，(x^2是x 的2次方)，即不为直线的即可。
3. 两个变量之间的关系是一次函数关系的——图象是直线，这样的两个变量之间的关系就是“线性关系”；
假如不是一次函数关系的——图象不是直线，就是“非线性关系。
4. “线性”与“非线性”，常用于区分函数y = f (x)对自变量x的依靠关系。
线性函数即一次函数，其图像为一条直线。
其它函数则为非线性函数，其图像不是直线。
线性，指量与量之间按比例、成直线的关系，在空间和时间上代表规章和光滑的运动；而非线性则指不按比例、不成直线的关系，代表不规章的运动和突变。
比如，一般的电阻是线性元件，电阻R两端的电压U，与流过的电流I，呈线性关系，即R=U/I，R是一个定数。
二极管的正向特性，就是一个典型的非线性关系，二极管两端的电压u，与流过的电流i 不是一个固定的比值，即二极管的正向电阻值，是随不同的工作点(u、
i)而不同的。
5. 在数学上，线性关系是指自变量x与因变量yo之间可以表示成y=ax+b ,（a,b为常数），即说x与y之间成线性关系。
不能表示成y=ax+b ,（a,b为常数），即非线性关系，非线性关系可以是二次，三次等函数关系，也可能是没有关系。
实验十一 线性电阻和非线性电阻的
实验十一线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线【实验目的】1．学会伏安特性测量的两种方法及其修正计算，根据接入误差大小合理设计实验电路。
2．了解半导体二极管的单向导电性。
【实验原理】1．线性电阻与非线性电阻当一个元件两端加上电压U，元件内有电流I通过时，电压与电流的比值称为这个元件的电阻R。
线性电阻若元件两端的电压与通过它的电流成正比，即电压U与电流I的关系—伏安特性曲线为一直线，这类元件称为线性元件，其电阻R称为线性电阻。
根据欧姆定律，显然有U（Ω）(11-1)RI一般金属导体的电阻都为线性电阻，其阻值与外加电压的大小和方向无关。
其伏安特性曲线如图11-1所示，为过坐标原点的直线，直线斜率的倒数为其电阻值，它是不随电压变化的恒定值。
非线性电阻元件两端的电压与通过它的电流不成正比，即电压U与电流I的关系—伏安特性曲线不为直线，这类元件称为非线性元件，其电阻随电压不同而不同，具有这种性质的电阻称为非线性电阻。
一般半导体元件和电真空器件都属非线性元件，其电阻为非线性电阻。
2．半导体二极管的伏安特性图11-1 线性电阻的伏安特性曲线半导体二极管是非线性电阻的一种，其阻值不仅与外加电压大小有关，而且与电压方向有关，其伏安特性曲线如图11-2所示。
半导体二极管具有上述性质是由其结构特点所决定的。
它是由两块不同类型的半导体材料结合而成，如图11-3a所示，图11-3b是它的符号图。
一块P型半导体，一块N型半导体，在结合处形成所谓的P—N结。
P—N结产生内电场，阻挡电流通过，当外加正向电压时(P区接高电位，N区接低电位)，削弱了内电场，形成较大的电流I，所以正向导电时，其电阻很小；当外加反向电压时(P区接低电位，N区接高电位)，则增加了内电场，只能形成较小的电流I e，所以反向导电时，其电阻很大，这种特性称之为二极管的单向导电性。
半导体二极管的伏安特性除用图11-2特性曲线描绘外，也可用解析式 exp 1e eU I I kT ⎡⎤⎛⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ (11-2) 来表示。
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解放电过程的微分方程
Uc( t) U0e
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观测方法：用函数信号发生器输入连续 的方波（包括正负阶跃），通过示波器 观测波形，测量时间常数 实验内容：四个电路，每个电路两组参 数，在坐标纸上绘制8张输出波形图；用 示波器测量第一个电路第一组参数的时 间常数（从充电曲线和放电曲线中任选 一条曲线测量）
图4-1 理想电流源及其伏安特性
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验5 一阶电路实验
研究内容
实验电路
正阶跃响应 负阶跃响应 电路参数对阶跃响应的影响 如何测量一阶电路的时间常数
输入正阶跃信号
输出波形？ 输入负阶跃信号
输出波形？
以第一个一阶电路为例，解充电过程的 微分方程，得到
Uc( t) U0 ( 1e
星形电路:
三角形电路:
2.实验步骤:
1)线电压、相电压测量，用MC1098直接测量， 测量结果填表. 2)星形电路：按图连接电路，测量对称负载有中 线、对称负载无中线、不对称负载有中线、不 对称负载无中线电路的参数。用二瓦计法测量 三相功率的测量电路. 3)三角形电路：测量对称负载、不对称负载电路 的参数，按连接电路. 4)相序测量
3.接线图
实验13.异步电动机继电控制的基本电路
2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
交流内容和步骤
1.实验原理: 线性电阻与半导体二极管的伏安特性
2.实验内容和步骤: 1.测定线性电阻的伏安特性.
2.测量半导体二极管的伏安特性 1).正向特性
2)反向特性:
3.测量小灯泡灯丝伏安特性
实验2 基尔霍夫定律的验证
1.实验原理: 基尔霍夫节点电流定律: ∑I=0 基乐霍夫回路电压定律: ∑U=0
实验6 二阶电路过渡过程实验
实验电路 由电阻、电容和电感串联组成的电路 该电路可以用二阶微分方程描述，改变 电路参数，电路响应会出现过阻尼、临 界阻尼和欠阻尼三种情况 实验内容 观测并绘制过阻尼、临界阻尼和欠阻尼 三种情况下的6条曲线：电容两端电压随 时间变化的曲线、电流随时间变化的曲 线，按讲义上的要求计算参数
实验11
三相交流电路
1.实验原理: 线电压：端线之间的电压（UAB、UBC、UCA）。标称值 为380V，实际值与负载有关。 相电压：每一相的电压（UA0、UB0、UC0）。标称值为 220V，实际值与负载有关。 线电流：端线中的电流（IA、IB、IC） 相电流：各相电压源中的电流（IAB、IBC、ICA） 电压与电流之间的位相差：φ 功率因数：cosφ 有功功率又称平均功率：P=UIcosφ，单位：w 无功功率：Q=UIsinφ，单位：var 视在功率：S=额定电压×额定电流，单位：V· A 瞬时功率：用普通仪器不易测量 三相电路中负载的接法：星形、三角形
du iC dt
di uL dt
图4-1 理想电流源及其伏安特性
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验8.正弦交流电路中RLC的特性实验
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电阻元件R 电容元件C 电感元件L
I R U I Z U c
I Z U L
MC1098:
实验12.三相异步电动机的使用和起动
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
异步电动机转子的旋转方向与旋转磁场的旋转方向相 同，而旋转磁场的旋转方向取决于绕组与电源接线的相序。 因此，改变三相绕组与电源联接的相序就可达到改变三相 异步电动机转向的目的。
2． 实验内容和步骤
测量电容两端电压随时间变化的曲线 （P.22图6-4取消，电路中的电阻用电阻箱）
用示波器只能测电压，不能测电流。 用示波器测量电流曲线的方法：从电阻 上测电压，再换算成电流。
实验7.研究LC元件在直流电路和交流电 路中的特性
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
线性电感元件上的电压、电流关系为 线性电容元件上的电压和电流关系为
RLC并联电路
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验9 串联谐振电路实验
1.实验原理:
公式:
U R R 2 1 U 1 2 2 1 R j (L ) R (L ) C C
1 L C tan1 R
2.实验步骤: 1)．先找谐振频率，调节U1为3V，记录三 个电压值 2). 在谐振频率两侧各取4个频率，调节 U1为3V，记录电压值。要求选取的频率 能反映谐振曲线的变化趋势 3). 电阻改为1.3kΩ，重复上述步骤 4). 将测量值与理论值比较（公式中用的 是ω，实验用的是f）
（a）含源一端口网络
（b）用戴维南定理等效替代 图3-1等效电源定理
（c）用诺顿定理等效替代
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验4.电压源与电流源的等效变换
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以给外电路提供电 流。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流 源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大 小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与 其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定， 而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4-1所 示。
实验10
改善功率因数实验
1.实验原理: 1)日光灯电路及工作原理 2)功率因数的提高
2.实验内容和步骤:
1.在实验台上选择镇流器板,开关板,熔断器板,电 容板等实验模块,连接电路. 2.接通电源,观察日光灯的启动过程. 3.测日光灯电路的端电压U,灯管两端电压UR,镇流 器两端电压URL,电压电流I以及总功率P,灯管功 率PR,镇流器功率PRL.记录数据. 4.日光灯电路两端并联电容.逐渐加大电容量,每 改变一次电容量,都要测量端电压U,总电流I,日 光灯电流IRL,电容电流IC以及总功率P之值. 5.逐渐加大电容容量过程中,注意观察并联谐振现 象,并找到谐振点.
2.实验步骤: 1)验证基尔霍夫电流定律(KCL) 2)验证基尔霍夫回路电压定律(KVL)
实验3.戴维南定理和诺顿定理
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
对任何一个线性含源一端口网络（如图3-1（a）），根据戴维南定 理，可以用图3-1（b）所示电路代替；根据诺顿定理，可以用图3-1（c） 所示电路代替。其等效条件是：UOC是含源一端口网络C、D两端的开路电 压；ISC是含源一端口网络C、D两端短路后的短路电流；电阻Ri是把含源 一端口网络化成无源网络后的入端电阻。