电工电子实验 非线性电阻电路

电工电子综合实验论文非线性电阻电路

非线性电阻电路

一、摘要：

通过上学期的电路课学习及一些电路实验，我知道了对于求解线性电路，我们可以用叠加定理、欧姆定律、互易定理、戴维南、诺顿定理等。而在非线性电路中，很多方法定理则不再适用，这对于我们分析设计电路产生了一定的困难。在本题中，对于图（1）图（2）的非线性电阻电路的设计，我采用线性分解的方法，将非线性的图形线性的进行分解，分块设计电路再通过串并联关系组合，利用multisim画出仿真电路，模拟出近似曲线，并与实际曲线进行比较，分析误差并作修改，最后得出结论，进行总结。

二、关键词：

凸电阻凹点阻串联分解法并联分解法仿真

三、引言：

含有非线性元件的电路称为非线性电路，非线性元器件在电工中得到广泛应用，例如避雷器的非线性特性表现在高电压下电阻值变小，这性质被用来保护雷电下的电工设备；铁心线圈的非线性由磁场的磁饱和引起，这性质被用来制造直流电流互感器……可以说非线性电阻或非线性元件的应用前景越来越广泛，是当今世界科学研究领域的一个前沿的课题。通过对非线性电路的研究，掌握二端元件的伏安特性及它们组合成非线性的方法，从而初步设计出简单的非线性电阻电路，了解其应用。

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、图2所示伏安特性曲线的非线性电阻电路。

图1图2

（2）测量所设计的电路的伏安特性并作曲线，与图1、图2对比。

2设计思想：

观察图1 、图2的伏安特性折线图可发现，每张图上的曲线都可分解成几条线段首尾相连，而每段线段都可看成是由电压源、电流源、二极管和电阻其中的几个元件组成的一个简单的端口网络模型。于是为了描绘出图1图2中的曲线，我们可以分解曲线，针对每段曲线分别设计简单的电路模型，最后在由电流电压之间的伏安关系，进行适当的串并联，从而组成所需设计的总电路。

3设计参考的基本电路模型：

（a）常用的基本的电压源、电流源、电阻及二极管的伏安特性曲线：

（1）电压源：

（2）电流源：

（3）二极管：

（4）线性电阻：

（b）由电压源、电流源、电阻及二极管组成的几种简单的线性模型：

（1）凹电阻模型：

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，具有上述伏安特性的电阻称之为凹电阻。其电路符号及伏安特性图如下图（a）、（b）所示：

图（a ）图（b ）

上述电阻的只要参数是s U 和G=1/R ，改变s U 和G 的值，就可以得到不同参数的凹电阻。

与凹电阻相对应，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，具有上述伏安特性的电阻称之为凸电阻，其电路符号及伏安特性图如下图（c ）、（d ）所示：

图（c ）图（d ）

上述电阻的主要参数是s I 和R=1/G ，改变s I 和R 的值，就可以得到不同参数的凸电阻。

（3）非线性遇元件电路的综合

各种单调分段线性的非线性元件电路的伏安特性可以用凸电阻和凹电阻作基本积木块，综合出各种所需的新元件。常用串联分解法和并联分解法综合。 （i ） 串联分解法：在伏安特性图中以电流I 轴为界来分解曲线。 （ii ）

并联分解法：在伏安特性图中以电压U 轴为界来分解曲线。

5实际设计的基本电路：

（1） 对于图（1），我们发现图形关于原点对称，于是我们先对有半边进行分析，

我们可以采用串联分析法，可将图形视为是：

图（1）图（11）图（12）

由上述几种简单的模型，我们可以分别对图（11）和图（12）进行如下的设计图（11）可以设计成：

图（12）可以设计成：

则整个电路可设计成为图（A）：

图（A）图（B）

化简后的电路为图（B）所示，接上外接电源及电流表的电路如下图（C）所示：

图（C）

数据的记录：用点测法对不同电压值点进行仿真实验，可得如下表格：

上图横坐标为电压，纵坐标为电流。从图中可以看出，按所设计的电路描绘出的伏安特性曲线与理论数值绘制的伏安特性曲线的接近程度较高，偏差较小，则电路的设计大体还算符合要求。

（2）对于图（2），我采用并联分解法，以U轴为界，分解为上下两部分。上下两部分均是由两个凹电阻并联后再与一凸电阻电阻串联后得到。由对称性，我只分析了右半边的电路，左半边与右半边相反即可得到相应的电路图。

在0~12V上，此段为凹电阻，可采用6V的电压源、二极管与2000欧的电阻串联而成的电路，其仿真电路图（d）为：

图（d）图（e）图（ae）

12~15V段，也可看成凹电阻，但发现在电压为12V处斜率有突变，从而电阻有突然的改变，于是我猜想：可将12V~15V看成是两段凹电阻的并联，利用并联分析法来解决。

12~15段由斜率可知道其电阻为1000欧，而与6V电压源串连的电阻应为2000欧，由并联可知，与12V电压源串连的电阻也应为2000欧，故12~15段仿真电路为图（e）；将上述两段并联，即可实现12~15V段，仿真电路为图（ae）；

15~20为凸电阻模型，图示为（f）；从图上可以读出其斜率，并求得其电阻为5/3千欧，由于上述凹点阻已有1000欧，故只需再串联一个667欧的电阻，且让流过667欧电阻的电流为（i—6mA）即可。根据凸电阻原型，可设计出其仿真电路图（g）为：

图（f）图（g）

再将图（ae）与图（g）串联起来，即完成了

图（2）右半边电路图的设计。其仿真电路为图（aeg）

同样的左半边根据右半边利用并联分解法，

翻转得到,其仿真示意图为图（h）

图（h）

加上外加电源与电流表，这整个电路为：

下面对-25V~25V的电压范围内，用点测法逐一进行数据测试，下表列出了