CN106786587A - 降低电阻性元件网络谐波的方法 - Google Patents

降低电阻性元件网络谐波的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种降低电阻性元件网络谐波的方法，包括以下步骤：改变电阻性元件两端直流电压，分别测量不同直流电压下对应的电流值，将电压值除以对应的电流值，计算得到对应的电阻值；多次进行测量后，绘制以直流电压值为横坐标，以计算得到的电阻值为纵坐标的点连接而成曲线；找到曲线的纵坐标的极值点，并将激励该电阻性元件的交流电源电压中增加该极值点所对应的直流偏置电压。电阻性元件为非线性元件。本发明提供的降低电阻性元件网络谐波的方法中，只需简单实验测量和计算，并在交流电源电压中增加一个直流偏置电压即可；设备比较普通常见，而且该直流偏置电压由电阻性元件的特性决定，在各种频率的交流电源电压中无需反复修改参数。

Description

降低电阻性元件网络谐波的方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种降低电阻性元件网络谐波的方法。
背景技术
非线性是指电阻性元件中的电压与电流的比值不成直线关系的一种特性。根据欧姆定律知道，导体的电阻R是不随外加电压变化的一个常数，即导体面端的电压降U与通过导体的电流I成正比，即线性关系：U＝IR。
但是对于不连续导体(颗粒状导电材料)构成的电阻器，如半导体电阻、碳膜电阻、合成膜电阻及实芯电阻等等，当电阻两端的电压超过一定值后，电阻R不再保持恒定，而是随着电压的升高而下降，电流和电压之间的关系不符欧姆定律，这种现象叫做电阻器的非线性。电阻的非线性反映着电阻器材料的致密性和完整性。当电阻材料存在着隐蔽的缺陷、引线间接触不良、电阻膜层不完整、刻槽不彻底、基体表面有裂痕等都会使电阻器产生较大的非线性。在电阻的使用过程中，应尽量避免和降低电阻性元件的非线性特征，以提高电阻的精度和可靠性。
通过测量电阻性元件的非线性特征量，来达到降低电阻性元件非线性特征的方法，是比较可行的方法。表示电阻非线性大小的技术参数有两个：三次谐波衰减和电压系数。当一个纯正弦电流流过电阻器时，如果电阻器具有非线性，则电阻器两端的电压将发生畸变并且包含有谐波。因此可以通过测量三次谐波的大小来衡量电阻器非线性的大小。但是，在现有技术中测量三次谐波需要特殊的设备，测量方法也比较复杂，而且不同频率的交流电源电压会产生不同频率的谐波，使用不同的交流电源电压会影响谐波的测量，更增加了其难度。
因此，需要设计一种方法简单、设备比较普通常见的降低电阻性元件网络谐波的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低电阻性元件网络谐波的方法，以解决现有的电阻非线性特性引起的多次谐波，且测量和补偿方法复杂问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种降低电阻性元件网络谐波的方法，所述降低电阻性元件网络谐波的方法包括以下步骤：
S1：多次在电阻性元件两端加直流电压，分别测量每次加直流电压后，电阻性元件两端的电流值，将所述直流电压的值除以对应的所述测量的电流值，计算得到多个电阻值；
S2：找出所述电阻值中随所述直流电压的改变其变化率最小的电阻值对应的直流电压的值；
S3：将步骤S2中所述的对应的直流电压的值加入到所述电阻性元件将被激励的电源电压中。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述电阻性元件将被激励的电源电压为交流电源电压。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述步骤S1进行的在电阻性元件两端加直流电压的次数为4次以上。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述步骤S1中加在电阻性元件两端的电压为直流稳压电压。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述电阻为非线性电阻。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述电阻为半导体电阻。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述步骤S1中使用电流表进行测量。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述电阻性元件位于二端口网络中。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述步骤S2包括：绘制以电压为横坐标，电阻为纵坐标的坐标系，在所述坐标系中标出以所述直流电压的值为横坐标，以对应的所述电阻值为纵坐标的多个点，将所述点连接形成曲线，找出所述曲线的极值点。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述极值点为所述曲线最平滑区域的极值点。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述极值点为所述曲线上dR/dV的绝对值最小的一点。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述极值点为所述曲线上dR/dV的值为零的一点。
在本发明提供的降低电阻性元件网络谐波的方法中，通过改变电阻性元件两端直流电压，分别测量对应的电流值及计算对应的电阻值，找到电阻变化率与电压变化率最小一点的直流偏置电压，并将激励该电阻性元件的交流电源电压中增加该极值点所对应的直流偏置电压，该交流电压叠加在直流偏置电压上，由于直流偏置电压靠近电阻性元件电阻变化率最小一点，该点附近的电阻变化率(即切线斜率)也较小，所以叠加一定的交流电压不会使电阻变化太大，即非线性较小，实现减小谐波的目的。本发明方法简单，只需要简单的实验、测量、计算和绘制，并在交流电源电压中增加一个直流偏置电压即可；设备比较普通常见，而且该直流偏置电压由电阻性元件的特性决定，在各种频率的交流电源电压中无需反复修改参数。
附图说明
图1是本发明实施例中测量各直流电压对应的电流值的电路图；
图2是本发明实施例中降低电阻性元件网络谐波的电路示意图；
图3是本发明实施例中降低电阻性元件网络谐波的方法中直流电压与测量的电流值的坐标图；
图4是是本发明实施例中降低电阻性元件网络谐波的方法中直流电压与电阻性元件阻值的坐标图；
图5是是本发明实施例中降低电阻性元件网络谐波的方法中交流电源电压与直流偏置电压坐标图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的降低电阻性元件网络谐波的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种降低电阻性元件网络谐波的方法，该方法简单，只需要简单的实验、测量、计算和绘制；测量设备比较普通常见，只需要常见的电流表即可实现。
为实现上述思想，本发明提供了一种降低电阻性元件网络谐波的方法，所述降低电阻性元件网络谐波的方法包括以下步骤：
S1：多次在电阻性元件两端加直流电压，分别测量每次加直流电压后，电阻性元件两端的电流值，将所述直流电压的值除以对应的所述测量的电流值，计算得到多个电阻值；所述的在电阻性元件两端加一个稳定的直流电压，该直流电压可以是正向电压，也可以是负向电压，该直流电压加在电阻性元件两端后，测量电阻性元件两端的电流值，如图1所示，图1是本发明实施例中测量各直流电压对应的电流值的电路图。图中电阻性元件位于二端口网络10中，二端口网络10内部为电阻性负载，没有激励电源，直流电压源11加在二端口网络10的一个端口的两端，即电阻性元件的两端，二端口网络10的另一端连接一个电流表，电流表测量二端口网络10两端的电流，即测量电阻性元件两端的电流值，以上步骤重复进行多次，次数越多越好，最好至少在4次以上。每次直流电压源11加在电阻性元件两端后，必然对应产生一个电流值，所述直流电压的值除以对应的所述测量的电流值，计算得到对应的电阻值。如图3所示，图3是本发明实施例中降低电阻性元件网络谐波的方法中直流电压与测量的电流值的坐标图。图中的坐标系3，横坐标为u(t)，纵坐标为i(t)，图中a点～k点，共有10个点，表示在电阻性元件两端加了10次电压，并分别进行了10次测量，每一点对应的横坐标为加在电阻性元件两端的直流电压值，每一点对应的纵坐标为测量的加在电阻性元件两端的电压所形成的电流值；将所述a点～k点的直流电压的值除以对应的所述测量的电流值，计算得到10个电阻值。
S2：找出所述电阻值中随所述直流电压的改变其变化率最小的电阻值对应的直流电压的值；所述步骤S2具体的实施步骤包括：绘制以电压为横坐标，电阻为纵坐标的坐标系，在所述坐标系中标出以所述直流电压的值为横坐标，以对应的所述电阻值为纵坐标的多个点，将所述点连接形成曲线，找出所述曲线的极值点。其中：所述极值点为所述曲线最平滑区域的极值点，进一步的，所述极值点为所述曲线上dR/dV的绝对值最小的一点，更进一步的，所述极值点为所述曲线上dR/dV的值为零的一点。
如图4所示，图4是是本发明实施例一中降低电阻性元件网络谐波的方法中直流电压与电阻性元件阻值的坐标图，绘制以电压u(t)为横坐标，电阻R(t)为纵坐标的坐标系4，在所述坐标系4中标出以所述直流电压的值u(t)为横坐标，以对应的所述电阻值R(t)为纵坐标的多个点，将所述点连接形成曲线41；即绘制的以所述直流电压的值u(t)为横坐标，以对应的所述电阻值R(t)为纵坐标的点连接形成的曲线41。坐标系4中a’点～k’点，共10个点，分别对应着图3中的坐标系3中的a点～k点的电压和电流计算得到的电阻值，即a’点的横坐标与a点对应的横坐标的值相等，为第一次加在电阻性元件两端的直流电压值，a’点的纵坐标的值等于a点横坐标的值除以a点纵坐标的值，即a点对应的电阻值。其余的点同理于a点，不再重复说明。
在坐标系4中找到所述曲线41在纵坐标上的极值点，如图4所示，极值点为c’点、g’点与k’点，即所述极值点为所述曲线上dR/dV的绝对值最小的一点，优选地，所述极值点为曲线41上dR/dV的值为零的一点。不同的电阻性元件对应的曲线41不同，曲线41由电阻性元件的自身特性决定，因此，有些曲线可能有一个极值点，或多个极值点，甚至0个极值点。
S3：将步骤S2中所述的对应的直流电压的值加入到所述电阻性元件将被激励的电源电压中。如图2所示，图2是本发明实施例中降低电阻性元件网络谐波的电路示意图。图中，二端口网络20中的电阻性元件即为图1中的二端口网络10中的电阻性元件，激励电阻性元件的交流电压源23与直流电压源21叠加，共同加在二端口网络20中的电阻性元件两端，其中，交流电压源23为电阻性元件将被其激励的电源，即电阻性元件与该交流电压源一起使用，交流电压源23的值和特性不受限制。直流电压源21中的电压值正是步骤S2中的所述电阻值中随所述直流电压的改变其变化率最小的电阻值对应的直流电压的值，即图4中，电阻-电压曲线中的极值点所对应的电压值。而相比于仅仅由交流电压源23激励二端口网络20中的电阻性元件，加上直流电压源21后，二端口网络20的另一端22输出的电流的谐波将大大降低，即二端口网络20中的电阻性元件的线性度大大提高。
如图5所示，图5是是本发明实施例一中降低电阻性元件网络谐波的方法中交流电源电压与直流偏置电压坐标图，将极值点c’点、g’点与k’点对应的直流电压u1、u2、u3中的一个值加入到所述电阻性元件将被激励的电源电压中，图中的激励电阻性元件的交流电源电压为正弦波。若曲线上有一个极值点，则将该极值点的横坐标作为直流偏置电压，若曲线上没有极值点，则选择dR/dV的绝对值最小的一点的横坐标作为直流偏置电压，若曲线上有多个极值点，则选择曲线最平滑区域的极值点的横坐标作为直流偏置电压，在本实施例中，有三个极值点c’点、g’点与k’点，对应的直流电压分别为u1、u2、u3，从曲线3中可看出，g’点落在曲线最平滑区域，所以选取u2作为直流偏置电压，加入到正弦波交流电压中。因为，交流电源电压叠加在g’点上，其电压电阻曲线会移动到g’点的附近的点，其附近的点比较平滑，保持更大范围的dR/dV绝对值很小，即电阻变化率较小，电阻性元件的线性度较好，减小谐波的效果更好。
具体的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述电阻性元件将被激励的电源电压为交流电源电压。优选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述加在电阻性元件两端的电压为直流稳压电压，只有人为调节时才会变化，不会因为电阻阻值的波动而改变。另外，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述电阻为非线性电阻。进一步地，所述电阻为半导体电阻。电阻性元件位于二端口网络中。
进一步的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述进行的在电阻性元件两端加直流电压，并测量电流的次数越多越好，一般为4次以上，测量的次数越多，得到的点越多，连接的曲线越接近于精确值。
可选的，在所述的降低电阻性元件网络谐波的方法中，所述测量电流可使用电流表进行测量，电流表是非常常见的测量工具，使本实施例简单方便。
在本实施例提供的降低电阻性元件网络谐波的方法中，通过改变电阻性元件两端直流电压，分别测量对应的电流值及计算对应的电阻值，找到电阻变化率与电压变化率最小一点的直流偏置电压，并将激励该电阻性元件的交流电源电压中增加该极值点所对应的直流偏置电压，该交流电压叠加在直流偏置电压上，由于直流偏置电压靠近电阻性元件电阻变化率最小一点，该点附近的电阻变化率(即切线斜率)也较小，所以叠加一定的交流电压不会使电阻变化太大，即非线性较小，实现减小谐波的目的。本发明方法简单，只需要简单的实验、测量、计算和绘制，并在交流电源电压中增加一个直流偏置电压即可；设备比较普通常见，而且该直流偏置电压由电阻性元件的特性决定，在各种频率的交流电源电压中无需反复修改参数。
综上，上述实施例对降低电阻性元件网络谐波的方法进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的方法，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述降低电阻性元件网络谐波的方法包括以下步骤：
S1：多次在电阻性元件两端加直流电压，分别测量每次加直流电压后，电阻性元件两端的电流值，将所述直流电压的值除以对应的所述测量的电流值，计算得到多个电阻值；
S2：找出所述电阻值中随所述直流电压的改变其变化率最小的电阻值对应的直流电压的值；
S3：将步骤S2中所述的对应的直流电压的值加入到所述电阻性元件将被激励的电源电压中。
2.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述电阻性元件将被激励的电源电压为交流电源电压。
3.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述步骤S1进行的在电阻性元件两端加直流电压的次数为4次以上。
4.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述步骤S1中加在电阻性元件两端的电压为直流稳压电压。
5.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述电阻为非线性电阻。
6.如权利要求5所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述电阻为半导体电阻。
7.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述步骤S1中使用电流表进行测量。
8.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述电阻性元件位于二端口网络中。
9.如权利要求1所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：绘制以电压为横坐标，电阻为纵坐标的坐标系，在所述坐标系中标出以所述直流电压的值为横坐标，以对应的所述电阻值为纵坐标的多个点，将所述点连接形成曲线，找出所述曲线的极值点。
10.如权利要求9所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述极值点为所述曲线最平滑区域的极值点。
11.如权利要求10所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述极值点为所述曲线上dR/dV的绝对值最小的一点。
12.如权利要求11所述的降低电阻性元件网络谐波的方法，其特征在于，所述极值点为所述曲线上dR/dV的值为零的一点。
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