1、 非線性電阻電路及應(yīng)用的研究  -非線性電阻電路 一. 摘要  通過(guò)線性元件設(shè)計(jì)非線性元件，對(duì)所求伏安特性進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)分解，設(shè)計(jì)出所需電路。最后通過(guò)軟件仿真并將仿真結(jié)果與所求結(jié)果對(duì)比。 二.關(guān)鍵字  非線性電阻電路  伏安特性 凹電阻  凸電阻  并聯(lián)分解法  串聯(lián)分解法  multsim仿真 三.問(wèn)題分析 設(shè)計(jì)要求（1）用二極管、穩(wěn)壓管、穩(wěn)流管等元件設(shè)計(jì)如下圖所示伏安特性的非線性電阻電路。 伏安特性（一） 伏安特性（二）（2）測(cè)量所設(shè)計(jì)電路的伏安特性并

2、做曲線，并與圖（一）（二）比對(duì)。 問(wèn)題分析 實(shí)現(xiàn)給定的非線性電阻電路，首先需要了解非線性電阻電路的分段線性化法及串聯(lián)、并聯(lián)分解法。 （1）非線性電阻的非線性化常用元件 在分段線性化法中，常引用理想二極管模型。它的特性是：當(dāng)電壓為正向時(shí)，二極管全導(dǎo)通，它可用“短路”替代（i>0時(shí)，u=0）。當(dāng)電壓為反向時(shí)，二極管截至，它可用“開(kāi)路”替代（u<0時(shí)，i=0）。（如圖一）   圖一其他常用元件有二極管、穩(wěn)壓管、恒流管、電壓源、電流源和線性電阻等如圖二 圖二凹電阻  當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上元件串聯(lián)時(shí)，電路的伏安特性圖上的電壓是各元件電壓之和。如圖所示，是將

3、圖1中電壓源、線性電阻、理想二極管串聯(lián)組成。主要參數(shù)是Us和G，改變Us和G的值，就可以得到不同參數(shù)的凹電阻，其中電壓源也可以用穩(wěn)壓管代替?？偟姆蔡匦孕螤顬榘夹?。（如圖三） 圖三凸電阻  與凹電阻對(duì)應(yīng)，凸電阻是當(dāng)兩個(gè)或以上元件并聯(lián)時(shí)，電流是各元件電流之和是將圖1中電流源、電阻、理想二極管并聯(lián)組成。主要參數(shù)為Is和R，改變Is和R的值就可以得到不同參數(shù)的凸電阻。總的伏安特性為凸形。（如圖四） 圖四（2）串聯(lián)分解法  串聯(lián)分解法在伏安特性圖中以電流I軸為界來(lái)分解曲線。分解得分電路在相同的I軸坐標(biāo)上U值相加得原電路。實(shí)際電路為分電路的串聯(lián)。 （3）并聯(lián)分解法 

4、; 并聯(lián)分解法在伏安特性圖中以電壓U軸為界來(lái)分解曲線。分解得分電路在相同的U軸坐標(biāo)上I值相加得原電路。實(shí)際電路為分電路的并聯(lián)。 四.電路求解及仿真 （一）伏安特性一的設(shè)計(jì)與仿真 欲實(shí)現(xiàn)圖一所示伏安特性曲線第一象限內(nèi)曲線，擬采用凹電阻，設(shè)置參數(shù)為Us=1v，R=0.5K；欲實(shí)現(xiàn)圖一曲線，只要將設(shè)計(jì)好的電路反向，串聯(lián)即可。電路經(jīng)化簡(jiǎn)，仿真如下：通過(guò)仿真測(cè)量出該電路的電流值及對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電壓值，如下表U/V-3-2-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2I/mA-2-2-2-1.998-1.837-1.499-1.134-0.759-0.38U/V00.20.40.60.811.21.42

5、I/mA00.380.7591.1341.4991.8371.99822根據(jù)上述數(shù)據(jù)通過(guò)Excel畫(huà)出伏安特性曲線如下 該曲線與所求圖一相符。 （二）伏安特性二的設(shè)計(jì)與仿真對(duì)于圖二，采用兩個(gè)凹電阻并聯(lián)后與一凸電阻串聯(lián)實(shí)現(xiàn)第一象限曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的曲線發(fā)現(xiàn)：欲實(shí)現(xiàn)全部曲線只能采用取反并聯(lián)的方法。電路仿真如下設(shè)計(jì)理論參數(shù)V1=V3=6.0V，V2=V4=12.0V；R1=R2=R5=R6=2K，R4=R7=2/3K，I2=I3=6mA。由于實(shí)際二極管存在管壓降，實(shí)際仿真過(guò)程中，測(cè)得二極管壓降為0.701V，所以選擇將原先設(shè)計(jì)好的直流電壓源V1=6.0V，V2=12.0V改為上圖所示的V1=5.3

6、V，V2=11.3V。通過(guò)仿真測(cè)量出該電路的電流值及對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電壓值，如下表U/V-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11I/mA-9.603-9.003-8.406-7.805-7.208-6.608-6.013-5.414-4.661-3.705-2.846U/V-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10I/mA-2.352-1.856-1.362-0.870000000U/V1234567891011I/mA0000000.871.3621.8562.3522.846U/V12131415161718192021I/mA3.7054.6615.4146.013

7、6.6087.2087.8058.4069.0039.603根據(jù)上述數(shù)據(jù)通過(guò)Excel畫(huà)出伏安特性曲線如下該曲線與所求圖一相符。 當(dāng)然，特性二也可通過(guò)凹電阻與凸電阻并聯(lián)的基本單元并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。凹電阻與凸電阻并聯(lián)的基本單元如圖與凸電阻并聯(lián)的基本單元如圖。使用該基本單元能夠?qū)崿F(xiàn)伏安特性曲線如下，電路仿真如下相比之下，這種方法利用構(gòu)造的基本單元，較為方便地實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)。 五.結(jié)論通過(guò)分析、分解圖像，利用基本的線性元件構(gòu)造出基本非線性電路，從而實(shí)現(xiàn)了非線性電阻電路的設(shè)計(jì)。其基本思想還是串聯(lián)分壓，并聯(lián)分流。仿真過(guò)程中，針對(duì)二極管存在管壓降，對(duì)電路內(nèi)直流電壓源做相應(yīng)調(diào)整，以利于更加接近所求伏安特性。非線性電阻電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于特性曲線的分解過(guò)程，不同的分解過(guò)程將對(duì)應(yīng)于不同的設(shè)計(jì)電路。 六參考文獻(xiàn)電工儀表與電路實(shí)驗(yàn)