非线性电阻电路设计_2013
电工电子综合实验论文
课题：非线性电阻电路
学号：912000720204
姓名：陈盛凯
目录
一、摘要 (3)
二、关键字 (3)
三、引言 (3)
四、正文 (3)
五、结论 (18)
六、体会 (18)
七、参考文献 (19)
非线形电阻电路及应用的研究
------非线性电阻电路
一、摘要
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
Multisim7仿真，非线性电阻电路，伏安特性，凹电阻，凸电阻，串联分解法，并联分解法。
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，不管内部组成，其端口电压与电流的关系可以用u~i平面的一条曲线表示。则是将其看成一个二端电阻元件。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。
四、正文
1、设计要求：
非线性电阻电路设计要求如下：
（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。
图9-8 伏安特性（一）
图9-9伏安特性（二）
（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、设计参考
（1）、非线形电阻电路的伏安特性
1）、常用元件
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u~i 平面的一条曲线表示。则是将其看成一个二端电阻元件。u~i平面的曲线称为伏安特性。
常见的二端电阻元件有二极管、稳压管、稳流管、电压源、电流源和线形电阻。伏安特性如图9.10所示。运用这些元件串、并联或混联就可得到各种分段单调的伏安特性曲线。
图
9.10常见的二端电阻元件及伏安特性
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。如下图所示，是将图9.10中的a 、c 、d 三个元件串联组成的，其伏安特性曲线如图9.11所示。它是由a 、c 、d 三个元件的伏安特性在I 相等的情况下相加而成的。具有上述伏安特性的电阻，称为凹电阻。
上述电阻的主要参数是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。 3）凸电阻
与凹电阻对应，凸电阻是当两个或两个以上元件并联时，图上的电流是各元件电流之和。如下图所示，是将图9.10中的b 、c 、d 三个元件并联组成，其伏安特性如图9.12所示。它是由a 、c 、d 三个元件的伏安特性在U 相等的情况下相加而成的。具有上述伏安特性的电阻称为凸电阻。
上述电阻的主要参数是Is 和R=1/G ，改变Is 和R 的值，就可以得到不同参数的凸电阻。
（2）、非线性电路元件的综合
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。 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。若要求综合图9.13（a ）的伏安特性曲线，则可将曲线分解成如图9.13（b ）和9.13（c ）所示的两个凸电阻串联，再对照图9.12，相当分别去除电流源Is 和R ，就得到如图9.13（d ）的电路图。
图9.13（d）
若要求如图9.14（a）的伏安特性曲线，同样可以分解成图9.14（b）和9.14（c）所示的两个凸电阻的串联。显然，图9.14（c）是图9.14（b）伏安特性曲线旋转180度。图9.14（a）用图9.14（d）来实现。
图9.14（d）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。
若要综合图9.15（a）的伏安特性曲线，以电压U轴为界将曲线分解成图9.15（b）和图9.15（c）所示的两条伏安特性曲线。
图9.15（b）是图9.11（b）去除电压源的凹电阻，将其反向，得图9.15（c）。图9.15（b）和图9.15（c）并联就可得图9.15（a）的伏安特性曲线。
由图9.15（e）和图9.15（f）的元件分别实现图9.11（b）和图9.15（c）的伏安特性曲线。故将图9.15（e）和图9.15（f）相并联，得图9.15（d），就可实现图9.15（a）的伏安特性曲线。
实现图（b ） 实现图（c ）
实现图（a ）的全部
3、设计思路
设计（1）
可以用两个凸电阻的串联来实现
用设计参考中给出的电路图即可。
设计（2）可以将特性曲线分为上下两部分的并联（如图）。
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9.10又可以分为三部分曲线的并联。即
其中9.11、9.12图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。即
4、电路设计以及数据记录
设计（1）
1）设计电路图：
3)伏安特性曲线
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 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。
设计（2）：
1)、设计电路图：
3）伏安特性曲线
由所绘曲线可以看出实际仿真结果与理论值基本符合。
五、结论
本次实验研究了将非线性元件进行分线性化及与其他线性元件连接后产生的影响。可见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等因素。本次实验中还可以将二极管更换到导通电压较小的，但还是不完全等于理论值。所以在实际使用时可根据考虑的因素（经济条件、所需要的端口参数等）进行调节。
六、体会
这次实验中我第一次接触到仿真软件Multisim11，这种计算机辅助电子线路设计与仿真软件采用图形方式创建电路，使用虚拟仪器、仪表进行电路参数测试，界面直观，元件库中元件的模型和信息资源丰富，功能强大。在实验的时候，遇到的最大的困难是软件的安装和汉化。把文件从班级的qq群下下来的时候，弄了好久还没有安装上去，没办法只有求救自动化专业的同学，真的是好辛苦。在实验中，我运用该软件建立电路，进行仿真运行，用电表点测电压电流值并记录作伏安特性图，锻炼了独立思考探索的能力。这款软件也将在今后的许多研究中起到很重要的作用。同时我也深刻的体会到了计算机辅助设计带来的方便，节省了大量的时间。
这次综合型电路实验课题不完全是电路课程中已学习过内容的重复，这就要求我们要根据课题的需要自行查找资料，确定方案，最后完成。选定的课题是非线性电阻电路的研究，在模拟电子电路的学习中已经接触了一些有关非线性电路的知识，了解了一些基本概念和计算方法，加深了对课本知识的理解。凹电阻和凸电阻的概念在电路课中已有初步涉及，在本实验中，凹电阻和凸电阻基本积木块的叠加占了主要的地位，将这些基本模块串联或并联即可得到所需的新元件。在分析判断凹电阻和凸电阻基本模块的联结方式时，用到了串联分解法和并联分解法，即通过对曲线斜率变化趋势的分析一步步叠加出所需的曲线。
本次综合实验是我第一次接触综合型电路实验课题的研究及实验学术性论文的撰写，是一个曲折而有意义的过程，让我初步体会了独立思考探索的精神，也锻炼了我运用各种工具和资源为实验服务的能力，这成为我今后研究学习的良好开端，为我今后的研究学习打下了良好的基础。
七、参考文献
《电工仪表与电路实验技术》机械工业出版社马鑫金编著《电路》机械工业出版社黄锦安主编《模拟电子技术基础》（第四版）高等教育出版社童诗白、华成英主编