線性電阻與非線性電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)的Origin處理

李 凱,李玉珍

(運(yùn)城學(xué)院機(jī)電公共實(shí)驗(yàn)中心,山西運(yùn)城 044000)

線性電阻與非線性電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)的Origin處理

李 凱,李玉珍

(運(yùn)城學(xué)院機(jī)電公共實(shí)驗(yàn)中心,山西運(yùn)城 044000)

Origin軟件具有較好的數(shù)值處理功能,將Origin軟件應(yīng)用于線性電阻與非線性電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確快速地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

Origin;線性電阻;非線性電阻;數(shù)據(jù)處理

0 引言

線性電阻與非線性電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理及電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)中十分重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一,實(shí)驗(yàn)原理和測(cè)量過(guò)程都比較簡(jiǎn)單,但是,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理比較復(fù)雜。目前,主要采用作圖法、二乘法等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,但是這些方法主觀性大,誤差較大,處理比較費(fèi)時(shí),本文采用Origin軟件。Origin軟件是著名的科技繪圖和數(shù)據(jù)處理軟件之一,利用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),具有簡(jiǎn)單、快速與直觀等特點(diǎn),避免了人為因素所造成的誤差。

1 實(shí)驗(yàn)原理

二端電阻元件的伏安特性是指元件的端電壓與通過(guò)該元件電流之間的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)一定的測(cè)量電路,用萬(wàn)用表可測(cè)定電阻元件的伏安特性,由測(cè)得的伏安特性可了解該元件的性質(zhì)。通過(guò)測(cè)量得到元件伏安特性的方法簡(jiǎn)稱伏安法。電阻有線性電阻和非線性電阻兩種。線性電阻元件的伏安特性滿足歐姆定律。在關(guān)聯(lián)參考方向下,可表示為:u=Ri,其中R為常量,稱為電阻的阻值。其伏安特性曲線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,具有雙向性。非線性電阻的阻值R不是一個(gè)常量,其伏安特性是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線。非線性電阻的種類很多,本文主要介紹二極管的伏安特性。

在被測(cè)電阻元件上施加不同極性和幅值的電壓,測(cè)量出流過(guò)該元件中的電流;或在被測(cè)電阻元件中通入不同方向和幅值的電流,測(cè)量該元件兩端的電壓,便得到被測(cè)電阻元件的伏安特性,本文采用前者。對(duì)于線性電阻正反向阻值相等,我們測(cè)正向即可,對(duì)于二極管反向電流基本趨于零,我們主要測(cè)正向伏安特性。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 原始數(shù)據(jù)記錄

表1 線性電阻元件R=198Ω的正向伏安特性測(cè)量數(shù)據(jù)

表2 二極管正向伏安特性測(cè)量數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)輸入及設(shè)置

啟動(dòng)Origin,把測(cè)量數(shù)據(jù)I/mA和U/V分別鍵入Origin工作表Datal中的A、B列。分別雙擊各列標(biāo)題欄,在彈出的“Worksheet Column Format”對(duì)話框內(nèi),設(shè)置列名,A、B列分別設(shè)置為 I/mA、U/V列,通過(guò)“Plot Designation”下拉菜單設(shè)置I/mA列為X軸,U/V列為Y軸。

2.3 繪制U-I曲線

利用Origin繪制線性電阻元件R=198Ω的U-I散點(diǎn)圖以及在U-I散點(diǎn)圖內(nèi)繪制出擬合直線,具體操作見(jiàn)文獻(xiàn)[4],結(jié)果如圖1所示。同時(shí),在右下角的“Results Log”窗口輸出擬合結(jié)果,見(jiàn)表3。

圖1 線性電阻元件正向U-I擬合直線

圖2 二極管正向U-I曲線

表3 線性電阻正向U-I曲線數(shù)據(jù)擬合參數(shù)

表4 二極管正向U-I曲線數(shù)據(jù)擬合參數(shù)

表3 中各估計(jì)值分別是:A為截距以及截距的標(biāo)準(zhǔn)差SA;B為斜率以及斜率的標(biāo)準(zhǔn)差SB;R為相關(guān)系數(shù);P為相關(guān)系數(shù)等于零的置信概率;N為數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù);SD為擬合變量U的標(biāo)準(zhǔn)差。由表3知,線性電阻的測(cè)量值為19613Ω。線性擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R=1,說(shuō)明Origin擬合出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值吻合得非常好。

繪制二極管正向伏安特性的方法如下:選中 I/mA、U/V兩列,單擊菜單“Plot”,從彈出的下拉菜單中選擇“Line Symbol”,Origin將會(huì)在隨之打開(kāi)的繪圖窗口 Graph1中繪制好U-I的曲線圖,由于是非線性伏安特性曲線,我們要求曲線的直線部分的斜率,起始的彎曲部分不考慮。這時(shí)要把彎曲部分的數(shù)據(jù)點(diǎn)屏蔽掉,取其直線部分的數(shù)據(jù)作直線擬合。這時(shí)候就需要Origin提供的屏蔽工具,打開(kāi)Origin,在菜單T oolbars中可以看到許多選項(xiàng),勾中Mask后就可以看到屏蔽工具條。打開(kāi)屏蔽工具條,要注意的是,工具條的按鈕是狀態(tài)開(kāi)關(guān)鍵,按第一次表示進(jìn)入“mask”操作狀態(tài),這是可以進(jìn)行“mask”功能的操作,再按一次表示確認(rèn)操作并退出。點(diǎn)擊按鈕,這時(shí)曲線兩個(gè)端點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一對(duì)相向豎直的箭頭,這表明此時(shí)mask的范圍是整條曲線,同時(shí)鼠標(biāo)也變成了一個(gè)方框。改變范圍的方法是用方框套住箭頭,按下鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到另一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上,選定后,再點(diǎn)擊按鈕,這時(shí)可以看到被屏蔽的數(shù)據(jù)點(diǎn)改變顏色。之后就可以對(duì)剩下的直線部分進(jìn)行線性擬合,如圖2所示。同時(shí),在右下角的“ResultsLog”窗口輸出擬合結(jié)果,見(jiàn)表4。要取消屏蔽,則要點(diǎn)擊,連續(xù)點(diǎn)擊兩次,就可以取消屏蔽。屏蔽功能也可用在屏蔽壞點(diǎn)等的操作方法上。

表4中各估計(jì)值的意義與表3相同。由表4可知二極管導(dǎo)通后電阻為0176Ω,二極管導(dǎo)通后電阻極小。線性擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R=0198889,說(shuō)明Origin擬合出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值吻合得非常好。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了Origin軟件在線性電阻與非線性電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,由上述分析可以看出,Origin對(duì)此實(shí)驗(yàn)擬合的結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值非常吻合。利用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,可以避免一系列人為造成的誤差,還可以使學(xué)生掌握利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的技巧,拓展學(xué)生的思路,有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和提高。

[1]唐文強(qiáng),韋名德,楊端翠.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2007.

[2]李平.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]葉衛(wèi)平,方安平,于本方.Origin 7.0科技繪圖及數(shù)據(jù)分析[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4]李玉珍,呂寶華.Origin在熱敏電阻溫度特性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào),2008,27(5):19-21.

Origin Treatment about Experimental of Linear Resistor and Nonlinear Resistor Current-voltage characteristics

LI Kai,LI Yu-zhen
(Experimental Center of Mechanical and Electrical,Yuncheng University,Yuncheng,Shanxi,044000,China)

Origin software has a better numerical treating functions.The experimental data can be treated accurately and quickly,Origin software be used in the experiment of Linear resistance and nonlinear resistors current-voltage characteris2 tics.

Origin;linear resistor;nonlinear resistor;data treating

G6421423

A

1008-178X(2011)03-0063-03

2011-04-06

李 凱 (1981-),男,山西運(yùn)城人,運(yùn)城學(xué)院機(jī)電公共實(shí)驗(yàn)中心助理實(shí)驗(yàn)師,從事實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理研究。