非线性电阻电路的设计

1、电工电子综合实验论文非线性电阻电路的设计班 级：学 号：姓 名：指导老师：日 期：2013.4.22 一、摘要本实验提出两个非线性电阻电路，要求实现非线性电阻电路的伏安特性曲线线性化。本次实验中主要采用图解法对非线性电路进行研究，结合串联和并联分解法利用线性元件设计非线性电阻电路，再使用mutisim11.0软件仿真，观察非线性电阻的伏安特性并对电路进行修正。二、关键词非线性电阻 凹电阻 凸电阻 并联分解法 串联分解法 三、引言实验目的：A 实现用二极管、稳压管等元器件设计如图1、2所示伏安特性的非线性电阻电路i(mA)012-2-1 图1： B 测量所设计电路的伏安特性并作曲线，与图1，图2

2、比对。-20 -15 -12 -66 12 15 20i(mA)U(V)0-3-6-9963图2：设计参考：实现给定的非线性电阻电路，首先需要了解非线性电阻电路的分段线性化法及串联、并联分解法。（1）非线性电阻的非线性化A常用元件在分段线性化法中，常引用理想二极管模型。它的特性是：当电压为正向时，二极管全导通，它可用“短路”替代（i0时，u=0）。当电压为反向时，二极管截至，它可用“开路”替代（u0时，i=0）。（如图3）其他常用元件有二极管、稳压管、恒流管、电压源、电流源和线性电阻等。（如图4） 图4B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

3、图1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（如图五）。 图5C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（如图六）。图6D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 图6 图7 E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

4、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。四正文A设计图1所示电路（1）对于图1，我们可以采用串联分析法。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，所以我们只需分析第一象限的图。图1的伏安曲线同样可以分解成图8（A），图8（B）的两个凸电阻串联组成i(mA)012-2-1i(mA)u2(V)-1-2 = 图8（A） 图8（B）所以图8（A）可用图9（A）所示的电路来实现，而图8（B）可用图9（B）所示的电路来实现图9（A） 图9（B） B设计图2所示电路 对图2所示伏安特性曲线进行分析。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

5、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。6 12 15 20963i/mAi/mA369-20 -15 -12 -66 12 15 20963i/mA6 12 15 20i(mA)U(V)0963斜率为0.5斜率为1斜率为0.6（串联）u(V)i(mA)06361215斜率为0.5斜率为1i(mA)u(V)06斜率为1.5（并联）u(V)i(mA)012斜率为0.5i(mA)u(V)60斜率为0.5（串联）图9u/Vi/mA-0.6-1.1170.61.117-1.5-2-0.5-0.

6、9330.71.299-1.3-2-0.3-0.5610.81.478-1.1-2-0.1-0.1870.91.652-1.0-1.837001.01.837-0.9-1.6520.10.1871.12-0.8-1.4780.30.5611.32-0.7-1.2990.50.9331.52C、用mutisim11.0对图9电路用点测法进行仿真实验菱形实验值 正方形理论值由所绘曲线可以看出实际伏安特性与理论值基本一致。在电压为（0.5 1）V附近有小幅误差，电流较理论值偏小，可能是由于二极管在反偏时有一定反偏电流造成。D用mutisim11.0对图12电路用点测法进行仿真实验u/V-20-19-

7、18-17-16-15-14i/mA-8.590 -7.986 -7.386 -6.786 -6.189 -5.596 -4.935 u/V-13-12-11-10-9-8-7i/mA-3.993 -3.043 -2.501 -2.006 -1.512 -1.107 -0.527 u/V-6-5-4-3-2-10i/mA-0.057 -0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 u/V1234567i/mA0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.057 0.527 u/V891011121314i/mA1.107 1.512 2.006 2.

8、501 3.043 3.993 4.935 u/V151617181920i/mA5.596 6.189 6.786 7.386 7.986 8.590 菱形实验值 正方形理论值蓝色实验值 红色理论值由所绘曲线可以看出实际仿真结果与理论值基本符合，在电压为（1520）V附近有小幅误差，电流较理论值偏小，可能是由于二极管在反偏时有一定反偏电流造成。五、结论对于一个一端口网络，不管内部组成，其端口电压与电流的关系可以用uI平面的一条曲线表示。则是将其看成一个二端电阻元件。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。非线性元件的伏安特性曲线可以近似地用若干条直线来表示，但会有一定的误差，使用时应考虑导通电压，反偏电流等因素。所以在实际使用时可根据考虑的因素进行调节。实验中，利用所学知识和Multisim11.0软件的仿真，按实验要求方向设计出了两个非线性电阻电路，出了在ui曲线的转折点处略有偏差外，较好的满足了实验设计的要求六、致谢感谢老师认真细致的讲解mutisim11.0仿真软件并对实验中出现的问题进行解疑，在与