线性电阻与非线性电阻伏安特性实验的Origin处理

李 凯,李玉珍

(运城学院机电公共实验中心,山西运城 044000)

线性电阻与非线性电阻伏安特性实验的Origin处理

李 凯,李玉珍

(运城学院机电公共实验中心,山西运城 044000)

Origin软件具有较好的数值处理功能,将Origin软件应用于线性电阻与非线性电阻伏安特性实验能准确快速地处理实验数据。

Origin;线性电阻;非线性电阻;数据处理

0 引言

线性电阻与非线性电阻伏安特性实验是大学物理及电工技术实验中十分重要的基础实验之一,实验原理和测量过程都比较简单,但是,实验数据的处理比较复杂。目前,主要采用作图法、二乘法等进行数据处理,但是这些方法主观性大,误差较大,处理比较费时,本文采用Origin软件。Origin软件是著名的科技绘图和数据处理软件之一,利用Origin软件处理实验数据,具有简单、快速与直观等特点,避免了人为因素所造成的误差。

1 实验原理

二端电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。通过一定的测量电路,用万用表可测定电阻元件的伏安特性,由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法简称伏安法。电阻有线性电阻和非线性电阻两种。线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律。在关联参考方向下,可表示为:u=Ri,其中R为常量,称为电阻的阻值。其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线,具有双向性。非线性电阻的阻值R不是一个常量,其伏安特性是一条过坐标原点的曲线。非线性电阻的种类很多,本文主要介绍二极管的伏安特性。

在被测电阻元件上施加不同极性和幅值的电压,测量出流过该元件中的电流;或在被测电阻元件中通入不同方向和幅值的电流,测量该元件两端的电压,便得到被测电阻元件的伏安特性,本文采用前者。对于线性电阻正反向阻值相等,我们测正向即可,对于二极管反向电流基本趋于零,我们主要测正向伏安特性。

2 数据处理

2.1 原始数据记录

表1 线性电阻元件R=198Ω的正向伏安特性测量数据

表2 二极管正向伏安特性测量数据

2.2 数据输入及设置

启动Origin,把测量数据I/mA和U/V分别键入Origin工作表Datal中的A、B列。分别双击各列标题栏,在弹出的“Worksheet Column Format”对话框内,设置列名,A、B列分别设置为 I/mA、U/V列,通过“Plot Designation”下拉菜单设置I/mA列为X轴,U/V列为Y轴。

2.3 绘制U-I曲线

利用Origin绘制线性电阻元件R=198Ω的U-I散点图以及在U-I散点图内绘制出拟合直线,具体操作见文献[4],结果如图1所示。同时,在右下角的“Results Log”窗口输出拟合结果,见表3。

图1 线性电阻元件正向U-I拟合直线

图2 二极管正向U-I曲线

表3 线性电阻正向U-I曲线数据拟合参数

表4 二极管正向U-I曲线数据拟合参数

表3 中各估计值分别是:A为截距以及截距的标准差SA;B为斜率以及斜率的标准差SB;R为相关系数;P为相关系数等于零的置信概率;N为数据点数;SD为拟合变量U的标准差。由表3知,线性电阻的测量值为19613Ω。线性拟合结果的相关系数R=1,说明Origin拟合出来的结果与实际测量值吻合得非常好。

绘制二极管正向伏安特性的方法如下:选中 I/mA、U/V两列,单击菜单“Plot”,从弹出的下拉菜单中选择“Line Symbol”,Origin将会在随之打开的绘图窗口 Graph1中绘制好U-I的曲线图,由于是非线性伏安特性曲线,我们要求曲线的直线部分的斜率,起始的弯曲部分不考虑。这时要把弯曲部分的数据点屏蔽掉,取其直线部分的数据作直线拟合。这时候就需要Origin提供的屏蔽工具,打开Origin,在菜单T oolbars中可以看到许多选项,勾中Mask后就可以看到屏蔽工具条。打开屏蔽工具条,要注意的是,工具条的按钮是状态开关键,按第一次表示进入“mask”操作状态,这是可以进行“mask”功能的操作,再按一次表示确认操作并退出。点击按钮,这时曲线两个端点会出现一对相向竖直的箭头,这表明此时mask的范围是整条曲线,同时鼠标也变成了一个方框。改变范围的方法是用方框套住箭头,按下鼠标左键拖动到另一个数据点上,选定后,再点击按钮,这时可以看到被屏蔽的数据点改变颜色。之后就可以对剩下的直线部分进行线性拟合,如图2所示。同时,在右下角的“ResultsLog”窗口输出拟合结果,见表4。要取消屏蔽,则要点击,连续点击两次,就可以取消屏蔽。屏蔽功能也可用在屏蔽坏点等的操作方法上。

表4中各估计值的意义与表3相同。由表4可知二极管导通后电阻为0176Ω,二极管导通后电阻极小。线性拟合结果的相关系数R=0198889,说明Origin拟合出来的结果与实际测量值吻合得非常好。

3 结束语

本文介绍了Origin软件在线性电阻与非线性电阻伏安特性实验中的应用,由上述分析可以看出,Origin对此实验拟合的结果与实际测量值非常吻合。利用Origin进行数据处理,可以避免一系列人为造成的误差,还可以使学生掌握利用计算机软件进行实验数据处理的技巧,拓展学生的思路,有助于学生综合能力的培养和提高。

[1]唐文强,韦名德,杨端翠.大学物理实验[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

[2]李平.大学物理实验[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]叶卫平,方安平,于本方.Origin 7.0科技绘图及数据分析[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]李玉珍,吕宝华.Origin在热敏电阻温度特性实验中的应用[J].长春师范学院学报,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 凯 (1981-),男,山西运城人,运城学院机电公共实验中心助理实验师,从事实验室教学管理研究。