第17章 非線性電路簡介.doc

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1、第十七章非線性電路簡介u重點(diǎn)：1、含有單個(gè)非線性電阻的電路的分析u難點(diǎn)：1、非線性電路的小信號分析法2、求解簡單非線性電路的三種方法3、理解牛頓-拉夫遜算法的意義及使用分析非線性電阻電路的基本依據(jù)與分析線性電阻電路一樣，依舊是克?；舴蚨?。在本書中，我們只討論非線性非時(shí)變電阻電路。本章只討論一些簡單的非線性電阻電路，為學(xué)習(xí)電子電路及進(jìn)一步學(xué)習(xí)非線性電路理論提供基礎(chǔ)，至于一般的非線性電阻電路的分析方法，超出了本書的范圍。有興趣的同學(xué)可以參考相關(guān)的書籍。17.1非線性電阻元件在實(shí)際生活中，線性是相對的，非線性是絕對的。研究非線性現(xiàn)象，具有十分重要的意義。在本章中，我們主要介紹非線性電阻

2、元件。17.1.1非線性電阻的定義所謂非線性電阻，是這樣一種元件，其伏安關(guān)系可以用通過原點(diǎn)的遵循某種特定非線性關(guān)系，且該關(guān)系并不隨著電路中的狀態(tài)變化而變化。在電子線路中，二極管與三極管是典型的非線性元件，如隧道二極管，其伏安關(guān)系為17.1.2非線性電阻的分類17.1.3靜態(tài)電阻與動(dòng)態(tài)電阻一、靜態(tài)電阻二、動(dòng)態(tài)電阻注意在該圖中，實(shí)際上其靜態(tài)電阻值為正，而動(dòng)態(tài)電阻值為負(fù)值。所謂“負(fù)電阻”是可以發(fā)出能量的理想元件，在本書中，并未討論。17.2含有單個(gè)非線性電阻的電路的分析17.2.1分析方法含有單個(gè)非線性電阻的電路，可以將原電路看成是兩個(gè)單口網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)：其一為電路的線性部分，另一個(gè)為電

3、路的非線性部分（只含有一個(gè)非線性電阻）對于網(wǎng)絡(luò)N1，而言，其輸出伏安關(guān)系為：，而對于僅含一個(gè)非線性電阻的網(wǎng)絡(luò)N2而言，其元件的伏安關(guān)系為：。那么根據(jù)克希霍夫定律及元件的伏安關(guān)系可以確定電路的工作狀態(tài)（具體的電量即為“工作點(diǎn)”）。17.2.2圖解法在上面的解決辦法中，如果非線性元件的伏安關(guān)系可以寫成確定的函數(shù)式，則可以通過解方程的方法求借電路的工作點(diǎn)，而大部分非線性元件的伏安特性不能用確定的函數(shù)式描述，我們就采用“圖解法”來求解。圖解法的圖示如下：例如一個(gè)晶體管電路：其中晶體管元件為三端雙口元件，雙口網(wǎng)絡(luò)的特性必須用兩個(gè)VAR關(guān)系來表征，即輸入特性與輸出特性。17.2.3非線性電阻電

4、路的功能1．波形變換2．整流17.3理想二極管電路的分析17.3.1理想二極管一、定義如果一個(gè)二端的非線性電阻在平面上的特性曲線由負(fù)軸和正軸這樣的兩直線段組成，稱之為理想二極管。二、符號三、伏安特性曲線四、理想二極管的開關(guān)特性l，其中，為正向偏置，二極管相當(dāng)于一個(gè)閉合的開關(guān)，短路。l，其中，為反向偏置，二極管相當(dāng)于一個(gè)開啟的開關(guān)，斷路。17.3.2僅含一個(gè)理想二極管的電路的分析如果一個(gè)電路僅含一個(gè)理想二極管，則這類電路的分析可以充分利用戴維南定理。即：將其中的二極管劃出，對余下部分的電路求取其戴維南等效，由此便可以很容易判斷電路中的二極管是否導(dǎo)通。例1：已知：電路如圖(a)所示。求

5、：二極管的電流解：將二極管劃出，其電路如圖（b）所示，求取該圖的戴維南等效將二極管加入原電路，可得等效電路如圖（c）所示。由于二極管陰極電位比陽極電位高2.4V，因此，二極管截止，所求電流為零。例2：已知：電路如圖(a)所示。求：二極管的電流解：將二極管劃出，其電路如圖（b）所示，求取該圖的戴維南等效將二極管加入原電路，可得等效電路如圖（c）所示。由于二極管陰極電位比陽極電位高2.4V，因此，二極管截止，所求電流為零。17.3.3假定狀態(tài)分析法（ASSUMED-STATE）如果電路中含有多個(gè)理想二極管，可以先假設(shè)其中的二極管處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，然后根據(jù)這樣的假設(shè)來對電路進(jìn)行分析計(jì)算

6、，如果計(jì)算結(jié)果與假設(shè)矛盾，則另行假設(shè)，反復(fù)計(jì)算，最后得出結(jié)果；如果計(jì)算結(jié)果與假設(shè)情況一致，則認(rèn)為假設(shè)正確，可以進(jìn)一步確定電路的其他狀態(tài)。下面以“邏輯門”（Logicgates）為例，來學(xué)習(xí)這種方法。如圖17-9（a）所示，三個(gè)二極管的陽極接在一起，稱這種接法為共陽極接法。下面我們用假定狀態(tài)分析法來分析該電路。假定的狀態(tài)有以下幾種：1．所有二極管或其中兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通由于此處的二極管為理想元件，那么如果是1中所述的情況，則各個(gè)二極管的陽極與陰極應(yīng)該保持等電位，而二極管又為共陽極接法，因此其陽極不可能為不同的電位值，這與電路理論矛盾，所以這種情假設(shè)是錯(cuò)誤的。2．其中一個(gè)二極管導(dǎo)通假設(shè)二極管

7、D1導(dǎo)通，D2、D3截止，那么A點(diǎn)電位即為17V，此時(shí)由于A點(diǎn)電位比二極管D2、D3趕的陰極電位高，所以D2、D3也導(dǎo)通，這又與電路理論矛盾；同理二極管D2導(dǎo)通，D1、D3截止時(shí)的情況也類似。而當(dāng)二極管D3導(dǎo)通，D1、D2截止時(shí)，陽極電位為-4V，此時(shí)二極管D1、D2、同時(shí)保持截止，假定的狀態(tài)合理。因此可以得出結(jié)論，電路中二極管D3導(dǎo)通，D1、D2截止。二極管的工作狀態(tài)確定后，電路的其他參數(shù)等就可以得出了。圖17-9（b）中的情況可以完全類似地分析，其結(jié)論是二極管D1