非线性电阻教材.doc

912104220306 吴跃敏  PAGE \* MERGEFORMAT 17 非线性电阻电路的设计 吴跃敏 912104220306 摘要：在介绍凹电阻，凸电阻的基础上，主要运用串联和并联分解的方法设计两种非线性电阻电路，并用Multisum12.0软件进行仿真，作出伏安特性曲线图，与理论曲线比较验证正确性。 关键词：非线性电阻 凹电阻 凸电阻 串联分解 并联分解 伏安特性 Multisum 正文： 一、实验设计要求 用二极管、稳压管、稳流管等元器件设计如图a、b所示伏安特性的非线性电阻电路。 图a 图b 测量所设计电路的伏安特性曲线，与图a、图b比对 二、设计参照 1、常用元件 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。电压源、线性电阻、理想二极管串联组成的伏安特性如图1所示，由三个元器件的伏安特性在i相等情况下相加而成。主要参数是Us和G（1\R)，改变Us和G的值，就可以得到不同参数的凹电阻。 图1 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。电流源、电阻、理想二极管并联组成的伏安特性曲线如图2所示，由三者在U相等情况下相加而成。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。 图2 设计方法及过程 1、设计一：将图a进行串联分解，以电流I轴为界来分解曲线： 由图中可知，图(a-1)与图（a-2)两者关于原点对称，先对图（a-1）进行串联分解。 u/V i/mA 1 2 = u/V i/mA 1 2 u/V i/mA 2 + 即为两个凸电阻的串联。电路图如下： R1=1\2=0.5KΩ I1=2mA 根据对称性可得完整电路图： 将此电路化简可得： 改变V1的值，记录结果。 2、设计二： 与1类似，对图b进行串联分解，以电流I轴为界来分解曲线： 首先对正半轴（图b-2）进行分析： 分析可知，由两个凹电阻并联后再与一凸电阻进行串联。 0--12V段，此段为凹电阻，6V的电压源与2kΩ的电阻和一个二极管串联，如图所示： （1） （2） =（3） 电路图为： R3=1\k=（12-6)\3=2kΩ 12--15V段是(2）与（5）的叠加，电阻为3/(6-4.5)=2kΩ，再与电压源为12V和二极管串联，如图所示： （4） （5） =（6） 电路图为： 将（3）和（6）并联，即能实现0--15V如图： 并联 =（7） 电路图为： 15--20V段为凸电阻，R=（20-15）/(9-6)=5/3kΩ，但由于上述已有电阻1kΩ，所以现在只要并联一个667Ω（2\3kΩ）的电阻即可，电流源Is=6mA。如图所示： （8） 将（7）和（8）串联 串联 = 电路图为： 根据电路对称性，可得完整电路： 设计结果及分析 设计一仿真后数据表格如下 由仿真结果可知，在U=1V时，电流才有1.387mA，直到1.2V左右，电流才达到2mA,可见二极管是有导通电压的，可以通过适当减小电阻对电路进行修正。修正后如下： 仿真数据结果： 误差分析：取两点（-0.5,-1.045),(0.5,1.045), 斜率k=2.09, k0=2, 计算相对误差：E=[(k-k0）/k0]*100％=4.5％ 此时U=1V时，I=1.959mA，更接近于2mA，电流在U=1V时的相对误差为 E=[(I0-I)/I0]*100％=2.1％。电路设计较为成功，可以实施。 设计二仿真后数据表格如下 误差分析：（1）由对比图可知，两曲线贴合得比较紧，基本符合设计的要求。 （2）同设计一类似，误