非线性电阻电路

电工电子综合实验论文

----非线性电阻电路的研究

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非线性电阻电路研究论文

一、摘要

在了解常用的非线性电阻元件的伏安特性、凹电阻、凸电阻等基础上，自行设计非线性电阻电路进行综合电路设计，通过线性元件设计非线性电阻电路，用软件仿真并观察非线性电阻的伏安特性。二、关键词

非线性电阻，伏安特性，Multisim10仿真，凹电阻，凸电阻，串联分解，并联分解。

三、引言

非线性系统的研究是当今科学研究领域的一个前沿课题，其涉及面广，应用前景非常广阔。对于一个一端口网络，不管部组成，其端口电压与电流的关系可以用U~I平面的曲线称为伏安特性。各种单调分段线形的非线性元件电路的伏安特性可以用凹电阻和凸电阻作为基本积木块，综合出各种所需的新元件。常用串联分解法或并联分解法进行综合。本文主要介绍在电子电工综合实验基础上，根据已有的伏安特性曲线图来设计非线性电阻电路，并利用multisim10软件进行仿真实验。测量所设计电路的伏安特性，记录数据，画出它的伏安特性曲线并与理论值比较。

四、正文

1、设计要求：

（1）用二极管、稳压管、稳流管等元件设计如图9.8、图9.9伏安特性的非线形电阻电路。

i/mA

2

u

/

V

1

图9.8伏安特性

i/mA

9

6

3

6 12 15 20

图9.9伏安特性

（2）测量所设计电路的伏安特性并作曲线，与图9.8、图9.9比对。

2、非线性电阻电路的伏安特性：

（1）常用元件

常用元件有二极管、稳压管、恒流管、电压源、电流源和线性电阻等。（如图1）

图1

（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，是将上图中电压源、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2

（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1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3

3、非线性元件电路的综合 （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。 对于图(a)进行串联分解，在伏安特性图中以电流i 轴来分解曲线

对图（a-1）进行分析可知，其伏安特性曲线电路为一个二极管和一个电阻的并联，一个二极管和一个电流源的并联，然后以上二者串联。图（a-2）是图（a-1）伏安线旋转180度，即以上电路的二极管和电

= 1 0 2

（串联）

+

u/V

u/V

u/V

0 -2

-1

i/mA

i/mA

图（a-2）

图（a-1）

图（a ）

0 1

-1 2

-2

i/mA

流源反接。 （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。 可以将特性曲线上下两部分并联（如图b ）

u/v

图(b) =

图(b-1)

由于特性曲线上下部分是对称的，这里只分析下半部分的设计思路，上半部分只需把下半部分设计的电路图中的所有电源和二极管反向即可。

图b-1又可以分为三部分曲线的并联。即：

分解后的图形又可以分解成一步并联和一步串联，其中并联由二极管

和电流源实现，再串接一个凹电阻。

4、电路设计以及数据记录

电路1：

（1）根据串联分解法可知，图（a）所示伏安特性曲线电路为一个二

极管和一个电阻的并联，一个二极管和一个电流源的并联，然后以上

二者串联。因此电路图如下：

（2）参数选择：R1:500 Ohm I1 : 2 mA I2 : 2 mA 调节电压源大小，记录电路中电流的变化，绘制I-U曲线。

（3）数据记录

电源电压(V) 电流表示数

(mA)

电源电压

(V)

电流表示数

(mA)

-2 -2.000 0.2 0.374

-1.8 -2.000 0.4 0.747 -1.6 -2.000 0.6 1.117 -1.4 -2.000 0.8 1.478 -1.2 -1.997 1.0 1.814 -1.0 -1.814 1.2 1.997 -0.8 -1.478 1.4 2.000 -0.6 -1.117 1.6 2.000 -0.4 -0.747 1.8 2.000 -0.2 -0.374 2.0 2.000 0 0.059p 2.2 2.000 （4）由表中数据画出I-U特性曲线:

（5）误差分析：

通过（-0.6，-1.117）和（0.6，1.117）两点求得斜率K=1.862，

斜率误差E=|1.862-2|/2=6.92%，且在V=1V的点，误差为：

E=|1.814-2|/2=9.3%。由此可知，二极管并不是完全理想的。

电路2：

（1）根据并联分解法，图（b）所示的曲线可以通过电流源、二极管

和线性电阻的并联实现，因此对应的电路图如下：

（2）参数选择：

V1从-26V到24V进行调节 V2=6V V3=12V V4=6V V5=12V

R1=2KΩR2=2KΩR3=0.667KΩR4=2KΩR5=2KΩ

R1=0.667KΩ I1=6mA I2=6mA

（3）数据记录：