基于計算機軟件的元件伏安特性數(shù)據(jù)處理研究

鄭乃屹 王靖 鄧丹 劉玉強 穆興

摘要：Matlab、Excel軟件在數(shù)據(jù)分析、線性擬合、圖像繪制等方面有著突出的優(yōu)點，本文針測量了元件伏安特性的實驗數(shù)據(jù)，分別利用這兩種軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，繪制I—U圖像并給出了線性擬合方程。

關(guān)鍵詞：Excel軟件；Matlab軟件；元件伏安特性；線性擬合

1 緒論

大學(xué)物理實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的非常重要的課程，也為我們對后來的專業(yè)課奠定了非常重要的基礎(chǔ)。大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)處理在實驗中占有很重要的作用，但是實驗的數(shù)據(jù)處理計算量大、難處理，易出錯。[1]例如，Matlab是功能強大的科學(xué)及工程計算軟件，集成了豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫，同時具有強大的圖形功能，在數(shù)學(xué)計算和分析以及自動控制等多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

2 實驗原理

伏安特性就是當(dāng)一個元件兩端加上電壓，元件內(nèi)有電流通過時，電流與電壓的比值就是該元件的電阻。通常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，以此畫出的IU圖像叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線圖。伏安法測電阻要解決三個主要問題：一是電壓表和電流表的選擇；二是電流表的內(nèi)接法、外接法的選擇；三是滑動變阻器連接方式的選擇。[2]在接法的選擇中因為電壓表不是理想電表，所以測量值存在誤差。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可知，電流表外接時待測電阻的測量值[XCimage183.tif]和相對誤差分別為：

[JZ（][XCimage184.tif][JZ）][JY]（1）

[JZ（][XCimage185.tif][JZ）][JY]（2）

電流表內(nèi)接時待測電阻的測量值Rint和相對誤差分別為：

[JZ（][XCimage187.tif；%50%50，JZ][JZ）][JY]（3）

[JZ（][XCimage188.tif；%50%50，JZ] [JZ）][JY]（4）

其中，R為待測電阻的真值，RV為電壓表的阻值，RA

為電流表的阻值。當(dāng)待測電阻R的阻值較小時，采用外接法誤差較小；當(dāng)待測電阻R的阻值較大時，采用內(nèi)接法誤差較小。

3 實驗數(shù)據(jù)及處理

在大學(xué)物理實驗室，完成了阻值分別為110Ω、220Ω和440Ω的電阻伏安特性實驗原始數(shù)據(jù)的測量如表1、表2所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)，利用Excel軟件分別繪圖并對數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，分析Matlab和Excel的擬合結(jié)果，由[XCimage198.tif；%50%50，JZ]，可知，圖中曲線斜率的倒數(shù)乘以1000即線性元件的阻值。由于本實驗所用線性元件阻值較小，可知使用內(nèi)接法與使用外接法所測數(shù)據(jù)的相對誤差相差不大。

4 結(jié)論

分別利用Matlab、Excel對元件伏安特性實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理，使繁瑣費時的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理大大簡化。在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)過程中，使用計算機軟件處理實驗數(shù)據(jù)不但省時省力，化繁為簡，同時可以提高學(xué)生對物理實驗的學(xué)習(xí)興趣，因此值得進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬慧軍，羅小兵，楊建平.基于MATLAB提升大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)處理能力[J].長春師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，29（3）：5961.

[2]徐恩.伏安法測電阻的幾個問題[J].湖南中學(xué)物理，2016，（8）：5051.

基金項目：咸陽師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（2017086）

作者簡介：鄭乃屹（1997），男，黑龍江大興安嶺人，咸陽師范學(xué)院學(xué)生，電氣工程專業(yè)。