电子电工综合实验.doc

PAGE 6—— NUMPAGES 10 电子电工综合实验 ——非线性电阻电路及应用的研究 研究人：王蒙 研究人：王蒙 学号：0704210145 指导老师：张老师 完成时间：2009/2/25 非线性电阻电路及应用的研究 【摘要】 “在教导入门的电路课程中，传统方法都是只教线性非时变RLC电路，但是这一方法已经很明显的落伍了。 “装置模型的观念及其目前在实用装置上的应用对线性和非线性电路课程非常重要。”① 本篇论文分为标题、摘要、关键词、引言、正文、结论、致谢及参考文献八个部分，首先介绍了非线性和非线性电路的概念以及特点，进而介绍非线性电路的重要性，接着根据课题要求对一些非线性元件进行分析，并就非线性电阻电路的伏安特性曲线、连接方法等进行研究，设计出符合课题要求的非线性电阻电路。 【关键词】 非线性电路元件 非线性电路 凹电阻 凸电阻 电路的分解 【引言】 1.什么是非线性和非线性电路 在以前的学习中，我们接触过许多由线性电路元件和独立源组成的线性电路，其中线性电路元件的参数都是与元件中电流、电压、电荷或磁链等量值无关的常数。但是，在电工技术应用中用得更为广泛的一些元件，参数并不是常数，而是电流、电压、电荷或磁链等量值的函数。这类元件称为非线性电路元件。含有非线性电路元件的电路称为非线性电路。而在现实生活中的电路几乎都是非线性电阻电路。 2.研究非线性电路的重要性 严格地说，实际电路都是非线性的，只是有的电路非线性程度强些，有的弱些。因此，在现实电路设计中，非线性电路具有普遍的意义，而线性电路是其特殊情形。由于非线性电路的不可预测和其复杂性，这是我们在电路电路设计中必须考虑的，不然就会由于非线性的作用，达不到预期设计的效果。 在工程上，如果对于那些非线性程度较明显的电路元件还按照线性电路元件处理，不仅会产生极大的误差，而且有时还会无法解释电路中所发生的现象，也无法建立数学模型进行理论分析。 3.本课题的基本理论依据 基尔霍夫定律 元件的伏安关系 4.研究方法 非线性代数方程 分段线性化法 课题设计要求 1）用二极管、稳压管、稳流管等元器件设计如图1、图2所示伏安特性的非线性电阻电路。 2）测量所设计电路的伏安特性并作曲线，与图1、图2比对。 图2 图2 图1 非线性的概述 非线性科学是一门新兴的科学，是研究和探索自然界和人类社会中种种复的非线性问题及其共同特征的一门综合性学科。非线性理论的发展使人们对自然界中的许多复杂现象有了新的认识。过去人们总是试图将复杂的非线现象分解或分离成许多简单的近似线性系统，希望能通过简单的线性系统来理解复杂的现象。但随着科学技术和工程技术的发展非线性科学，近似的线性系统不可避免的暴露其局限性，从而建立更完善的非线性系统理论来解释复杂非线性问题成为了人们探索自然的迫切需要解决的问题。目前有六个主要研究领域，即：混沌、分形、模式形成、孤立子、元胞自动机，和复杂系统。 非线性的特点： ①稳态不唯一。用刀开关断开直流电路时，由于电弧的非线性使这时的电路出现由不同起始条件决定的两个稳态——一个有电弧，因而电路中有电流；另一个电弧熄灭，因而电路中无电流。 ②自激振荡。在有些非线性电路里，独立电源虽然是直流电源，电路的稳态电压（或电流）却可以有周期变化的分量，电路里出现了自激振荡。音频信号发生器的自激振荡电路中因有放大器这一非线性元件，可产生其波形接近正弦的周期振荡。 ③谐波。正弦激励作用于非线性电路且电路有周期响应时，响应的波形一般为非正弦的，含有高次谐波分量或次谐波分量。例如，整流电路中的电流常会有高次谐波分量。 ④跳跃现象。非线性电路中，参数（电阻、电感、振幅等）改变到分岔值时响应会突变，出现跳跃现象。铁磁谐振电路中就会发生电流跳跃现象。 ⑤频率捕捉。正弦激励作用于自激振荡电路时，若激励频率与自激振荡频率二者相差很小，响应会与激励同步。 ⑥混沌。20世纪20年代 ，荷兰人B.范德坡尔描述电子管振荡电路的方程，成为研究混沌现象的先声。 【正文】 实验材料与设备装置 电路图1： 直流电流表 AMMETER_H 内阻1e-009Ω 二极管D1，D2 值〔模型〕：SS32 封装：DO-214AB 制造厂商：generic 电路图2： 直流电流表 AMMETER_H 内阻1e-009Ω 二极管D1，D2，D3，D4，D5，D6 值（模型）：DIODE_VIRTUAL 实验过程 A 了解凹、凸电阻的概念 如右图，当直流电压源、理想二极管与一个电阻串联时