《非線性電路》PPT課件

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1、第四章非線性電路，線性時(shí)變參數(shù)電路§4．1非線性電路的特性及分析方法§4．2線性時(shí)變電路分析法返回概念一、非線性電路的基本概念電路是若干無(wú)源元件或（和）有源元件的有序聯(lián)結(jié)體。它可以分為線性與非線性?xún)纱箢?lèi)。1、從元件角度：線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大小無(wú)關(guān)。例如：R，L，C。非線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大小有關(guān)。例如：晶體管的，變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容。時(shí)變參量元件：元件的參數(shù)按一定規(guī)律隨時(shí)間變化時(shí)。例如：變頻器的變頻跨導(dǎo)。實(shí)際上，絕大多數(shù)物理器件，作為線性元件工作是有條件的，或者是近似的。線性電路：線性電路是由線性元件構(gòu)成的電路。它的輸出輸入關(guān)系用線性代數(shù)方程

2、式或線性微分方程表示。線性電路的主要特征是具有疊加性和均勻性。非線性電路：非線性電路中至少包含一個(gè)非線性元件，它的輸出輸入關(guān)系用非線性函數(shù)方程（非線性代數(shù)方程或超越方程）或非線性微分方程表示。非線性電路不具有疊加性與均勻性。這是它與線性電路的重要區(qū)別。由于非線性電路的輸出輸入關(guān)系是非線性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)信號(hào)通過(guò)非線性電路后，在輸出信號(hào)中將會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)所沒(méi)有的頻率成分，也可能不再出現(xiàn)輸入信號(hào)中的某些頻率成分。這是非線性電路的重要特性。時(shí)變參量電路：若電路中僅有一個(gè)參量受外加信號(hào)的控制而按一定規(guī)律變化時(shí)，稱(chēng)這種電路為參變電路，外加信號(hào)為控制信號(hào)。例如：模擬相乘器與變頻器。2、從電路角度：工作

3、特性是非線性（大信號(hào)工作狀態(tài)）。具有頻率變換作用（產(chǎn)生新頻率）。不滿(mǎn)足疊加原理。1、工作特性的非線性它們的特性曲線的函數(shù)關(guān)系大體上可分為指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)兩大類(lèi)。前者在先修課程中已有介紹。常用的非線性元件有半導(dǎo)體二極管、雙極型半導(dǎo)體三極管、各類(lèi)場(chǎng)效應(yīng)管和變?nèi)荻O管等。二、非線性元件的特性2、非線性元件的頻率變換作用如果輸入端加上兩個(gè)正弦信號(hào)：3、非線性電路不滿(mǎn)足疊加原理則不會(huì)出現(xiàn)組合頻率成分：產(chǎn)生新頻率成分：線性電路具有疊加性和均勻性。非線性電路不具有疊加性和均勻性。線性系統(tǒng)傳輸特性只由系統(tǒng)本身決定，與激勵(lì)信號(hào)無(wú)關(guān)。而非線性電路的輸出輸入特性則不僅與系統(tǒng)本身有關(guān)，而且與激勵(lì)信號(hào)有關(guān)。線性

4、電路可以用線性微分方程求解并可以方便地進(jìn)行電路的頻域分析。但是，由于非線性電路要用非線性微分方程表示，因此對(duì)非線性電路進(jìn)行頻域分析與是比較困難的?；鶢柣舴螂娏骱碗妷憾蓪?duì)非線性電路和線性電路均適用。只能針對(duì)某一類(lèi)非線性電路采用對(duì)它比較合適的分析手段（非線性電阻電路）。三、非線性電路與線性電路分析方法的異同點(diǎn)§4．1非線性電路的特性及分析方法第四章非線性電路，線性時(shí)變參數(shù)電路輸入信號(hào)頻譜輸出電流信號(hào)頻譜（4）電流中的直流成分，偶次諧波以及系數(shù)之和（即p+q）為偶數(shù)的各種組合頻率成分，其振幅均只與冪級(jí)數(shù)的偶次項(xiàng)系數(shù)（包括常數(shù)項(xiàng)）有關(guān)，而與奇次項(xiàng)系數(shù)無(wú)關(guān)；類(lèi)似地，奇次諧波以及系數(shù)之和為奇數(shù)的

5、各種組合頻率成分，其振幅均只與冪級(jí)數(shù)的奇次項(xiàng)系數(shù)有關(guān)，而與偶次項(xiàng)系數(shù)無(wú)關(guān)。例如，基波振幅均與和等有關(guān)，而與、等無(wú)關(guān)。（5）m次諧波（直流成分可視為零次，基波可視為一次）以及系數(shù)之和等于m的各組合頻率成分,其振幅只與冪級(jí)數(shù)中等于及高于m次的各項(xiàng)系數(shù)有關(guān)。(6)結(jié)合（4）、（5），m次諧波以及系數(shù)之和等于m的各組合頻率成分,其振幅只與冪級(jí)數(shù)中等于及高于m次并且奇偶性質(zhì)相同的各項(xiàng)系數(shù)有關(guān)。例如，直流成分與、都有關(guān)而二次諧波以及組合頻率為的各成分其振幅卻只與有關(guān)，而與無(wú)關(guān)。（7）冪級(jí)數(shù)m次項(xiàng)只產(chǎn)生等于及小于m次并且奇偶特性相同的諧波。掌握以上規(guī)律是重要的。我們可以利用這些規(guī)律，根據(jù)不同的要求，

6、選用具有適當(dāng)特性的非線性元件，或者選擇合適的工作范圍，以得到所需要的頻率成分，而盡量減弱甚至消除不需要的頻率成分?？蓪?shí)現(xiàn)頻率搬移的功能。設(shè)非線性元件的靜態(tài)特性曲線用下列多項(xiàng)式來(lái)表示：加在該元件上的電壓為：(v)電流i中所包含的頻譜成份中含有下述頻率中的那些頻率成份。舉例icicuBvBEic§4．2線性時(shí)變電路分析法以上分析說(shuō)明，當(dāng)兩個(gè)不同頻率的信號(hào)同時(shí)作用于一個(gè)非線性器件，其中一個(gè)振幅很小，處于線性工作狀態(tài)，另一個(gè)為大信號(hào)工作狀態(tài)時(shí)，可以使這一非線性系統(tǒng)等效為一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)。+-uSCL時(shí)變跨導(dǎo)原理電路+-u0U0m>>USm相乘器kv1v2uO輸入信號(hào)頻譜輸出信號(hào)頻譜二差分對(duì)模擬

7、乘法器電路分析相乘器kv1v2uO輸入信號(hào)頻譜輸出信號(hào)頻譜ωcΩmaxΩmaxΩmaxΩmaxΩmaxωc+Ωmaxωc-Ωmaxic2ic1ioZZiovo1.單差分對(duì)電路線性與非線性模擬相乘器本質(zhì)上是一個(gè)非線性器件產(chǎn)生了新的頻率分量模擬相乘器可以做為線性器件和時(shí)變參量器件如果其中一個(gè)輸入為直流，則可視為線性器件如果其中一個(gè)輸入為控制信號(hào)，則可視為是時(shí)變參量器件模擬相乘器的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于通信電路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，檢波和混頻功能兩個(gè)余弦信號(hào)相乘，