淺談非線性電路理論和線性電路理論數(shù)字電路和模擬電路(編輯修改稿)
2025-07-25 16:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電路性能作出粗略的估算。所謂工程近似解析法，就是根據(jù)工程實(shí)際情況，對器件的數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理的近似，列出電路方程，從而解得電路中的電流和電壓，獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。 工程近似解析法的關(guān)鍵，是如何寫出比較好的反映非線性器件特性的數(shù)學(xué)表示式。由于不同的非線性元器件特性各不相同，即使同一個非線性元器件，由于其工作狀態(tài)不同，它們的近似數(shù)學(xué)表示式也不同。非線性電子線路中，常采用折線、冪級數(shù)和開關(guān)函數(shù)等表示式，這些將在后面各章中分別加以討論。四、線性電路 線性電路是指完全由線性元件、獨(dú)立源或線性受控源構(gòu)成的電路。線性就是指輸入和輸出之間關(guān)系可以用線性函數(shù)表示。(一) 應(yīng)用：1. 小信號功率放大器（甲類功率放大器）2. 運(yùn)算放大器構(gòu)成基本運(yùn)算電路（如比較器、加法器、積分器、微分器等）3．信號系統(tǒng)中味避免失真，通常采用線性電路(二) 特點(diǎn)：通常在一定的輸入條件下，線性電路只有一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，電路中參數(shù)為恒定值，它不隨外界電壓或電流的變化而變化(三) 線性元件：線性電阻、運(yùn)算放大器、(四) 線性電路的分析方法：與非線性電路相比，線性電路的分析簡單的多。首先，在電路中輸入輸出之間有線性關(guān)系，且電路中參數(shù)為恒常量；其次，在線性電路中有多種定理定理（如歐姆定理，基爾霍夫電壓電流定律，戴維南定理，疊加定理特勒根和互易定理等）五、線性電路與非線性電路的比較線性電路是指完全由線性元件、獨(dú)立源或線性受控源構(gòu)成的電路。線性就是指輸入和輸出之間關(guān)系可以用線性函數(shù)表示。全電路中只要含有一個元器件是非線性的或處于非線性工作狀態(tài)的，則稱為非線性電路。圖4 線性與非線性電阻器件伏安特性曲線（a）線性電阻器件 （b）非線性電阻器件電子器件嚴(yán)格上均為非線性的，故所構(gòu)成的電子線路均為非線性電子線路。但是，依據(jù)器件的使用條件不同，所表現(xiàn)的非線性程度不同。線性電路：對信號進(jìn)行處理時，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。非線性電路：對信號進(jìn)行處理時，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。小信號條件下，由于輸入信號足夠小，電路可以用線性等效電路表示，如線性電子線路部分討論過的各種小信號放大器。器件的特性，歸屬線性電子線路。大信號條件下，由于輸入信號較大，必然涉及到器件的非線性部分，例如功率放大器，這樣就不能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以功放歸在非線性電子線路的范疇。非線性元器件與線性元器件主要差別在于其工作特性是非線性的，它的參數(shù)不是一個常數(shù)，且其值與外加電壓或通過的電流大小有關(guān)。各種二極管、晶體管等電子器件都是非線性器件，而常見的電阻器、平板電容和空心電感線圈等都是線性元件。圖4作出了線性電阻器和非線性電阻器的伏安特性曲線，由圖4（a）可見，線性電阻器的伏安特性是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，即流過電阻器的電流與加在電阻器兩端的電壓成正比，所以它的特性可用斜率＝／（電導(dǎo)）或它的倒數(shù)（電阻）來表示，其值為常數(shù)。由圖4（b）可見，非線性電阻器的伏安特性曲線是非線性的，即通過非線性電阻器的電流與加在其上的電壓不成正比，它所呈現(xiàn)的電導(dǎo)值與外加電壓或通過電流的大小有關(guān)。對于非線性元器件還必須引入一些其它參數(shù)（例如交流電導(dǎo)等），才能比較完整地反映它的特性。如果在非線性電阻器件兩端加上直流工作點(diǎn)電壓，和幅度較大的正弦交流電壓，通過該器件的電流波形如圖5所示．為一非正弦波，用傅里葉級數(shù)可將分解為直流、基波和各次諧波分量，可見輸出電流中出現(xiàn)了原有信號中沒有的頻率分量，即非線性器件可產(chǎn)生新的頻率分量。如作用于非線性器件上的交流電壓很小，電壓、電流的波形如圖5中、所示，接近于正弦波，這就是說，當(dāng)作用信號很小，工作點(diǎn)取得適當(dāng)時，對信號而言，非線性器件近似處于線性工作狀態(tài)，可當(dāng)作線性器件。例如二極管、晶體三極管在小信號作用下、在直流工作點(diǎn)處可近似作為線性器件，線性電子電路的分析正是以這點(diǎn)為基礎(chǔ)的。 圖5 非線性器件在不同正弦電壓作用下的電流波形表2比較“線性與非線性”電路非線性電路線性電路構(gòu)成由非線性元件構(gòu)成的電路由線性元件構(gòu)成的電路電路特點(diǎn)l 輸入、輸出伏安特性為曲線l 參數(shù)不是一個常數(shù)，且其值與外加電壓或通過的電流大小有關(guān)l 能夠產(chǎn)生新的頻率分量，具有頻率變換作用；l 非線性電路分析上不適用疊加定理，當(dāng)作用信號很小，工作點(diǎn)取得適當(dāng)時，非線性電路可近似按線性電路進(jìn)行分析；l 非線性電路具有能量變換的作用，能將小信號放大；l 穩(wěn)態(tài)不唯一，易產(chǎn)生自激振蕩；l 伏安特性曲線為直線l 滿足歐姆定理，戴維南定理，疊加定理特勒根和互易定理；l 電路中參數(shù)為恒定值，它不隨外界電壓或電流的變化而變化
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