基于計算機軟件的元件伏安特性數據處理研究

2018-05-14 02:18:35鄭乃屹王靖鄧丹劉玉強穆興

科技風 2018年19期

鄭乃屹王靖鄧丹劉玉強穆興

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

關鍵詞：Excel軟件；Matlab軟件；元件伏安特性；線性擬合

1 緒論

大學物理實驗是培養學生動手能力的非常重要的課程，也為我們對后來的專業課奠定了非常重要的基礎。大學物理實驗數據處理在實驗中占有很重要的作用，但是實驗的數據處理計算量大、難處理，易出錯。[1]例如，Matlab是功能強大的科學及工程計算軟件，集成了豐富的數學函數庫，同時具有強大的圖形功能，在數學計算和分析以及自動控制等多個領域被廣泛應用。

2 實驗原理

伏安特性就是當一個元件兩端加上電壓，元件內有電流通過時，電流與電壓的比值就是該元件的電阻。通常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U，以此畫出的IU圖像叫做導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。根據電路結構可知，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。當待測電阻R的阻值較小時，采用外接法誤差較小；當待測電阻R的阻值較大時，采用內接法誤差較小。

3 實驗數據及處理

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

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

4 結論

分別利用Matlab、Excel對元件伏安特性實驗數據進行了分析處理，使繁瑣費時的傳統數據處理大大簡化。在大學物理的學習過程中，使用計算機軟件處理實驗數據不但省時省力，化繁為簡，同時可以提高學生對物理實驗的學習興趣，因此值得進一步推廣。