非线性器件描述及应用.ppt

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1、2.1概述无线电元件线性元件时变参量元件非线性元件：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关。：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压有关。：元件参数按照一定规律随时间变化。不同的元件对应于不同的电子线路：1、线性电子线路；2、非线性电子线路；3、时变参量电路。2.1概述图2.1.1串联电路线性电路时描述线性电路、时变参量电路和非线性电路的方程式分别是常系数线性微分方程、变系数线性微分方程和非线性微分方程。时变参量电路时非线性电路时2.1概述在无线电工程技术中，较多的场合并不用解非线性微分方程的方法来分析非线性电路，而是采用工程上适用的一些近似分析方法。这些方法大致分为图解法

2、和解析法两类。所谓图解法，就是根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电路中的电流和电压波形。所谓解析法，就是借助于非线性元件特性曲线的数学表示式列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压。2.1高频电路中的元件、器件和组件2.1.1高频电路中的元器件各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同,但要注意它们在高频使用时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器),它们都属于无源的线性元件。1．高频电路中的元件1）电阻一个实际的电阻器,在低频时主要表现为电阻特性,但在高频

3、使用时不仅表现有电阻特性的一面,而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。2.1高频电路中的元件、器件和组件一个电阻R的高频等效电路如图2-1所示,其中,CR为分布电容,LR为引线电感,R为电阻。图2-1电阻的高频等效电路2）电容由介质隔开的两导体即构成电容。一个电容器的等效电路如图2-2（a）所示。理想电容器的阻抗1/(jωC),如图2-2（b）虚线所示,其中,f为工作频率,ω=2πf。图2—2电容器的高频等效电路(a)电容器的等效电路;（b）电容器的阻抗特性2.1高频电路中的元件、器件和组件3）电感高频电感器与普通电感器一样,电感量是其主要参数。电

4、感量L产生的感抗为jωL,其中,ω为工作角频率。高频电感器也具有自身谐振频率SRF。在SRF上,高频电感的阻抗的幅值最大,而相角为零,如图2-3所示。图2-3高频电感器的自身谐振频率SRF2.1高频电路中的元件、器件和组件2.1高频电路中的元件、器件和组件2．高频电路中的有源器件用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。1）二极管半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中,工作在低电平。2）晶体管与场效应管（FET）在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好,在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有两大类型:

5、一类是作小信号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增益和低噪声;另一类为高频功率放大管,除了增益外,要求其在高频有较大的输出功率。2.1高频电路中的元件、器件和组件3）集成电路用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多,主要分为通用型和专用型两种。2.1.2高频电路中的组件高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐振）回路、高频变压器、谐振器与滤波器等,它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。2.2非线性元件的工作特性图2.2.1线性电阻的伏安特性曲线图2.2.2半导体二极管的伏安特性曲线与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是直线。2.2非线

6、性元件的频率变换作用图2.2.4线性电阻上的电压与电流波形图2.2.5正弦电压作用于二极管产生非正弦周期电流输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。可知，电流中包含电压中没有的频率成分。2.2非线性元件的频率变换作用2.2.2非线性元件的频率变换作用假设传输特性设：则中有：直流分量；基波分量和谐波分量：组合频率分量：“非线性”具有频率变换作用。2.2.2非线性元件的频率变换作用i+-+-R设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线形状，即：（K为常数）半导体二极管2.2.2非线性元件的频率变换作用i+-+-R则中有：谐波分量：组合频率分量：“非线性”具有频率变换作用。例已知某器件的伏

7、安特性为,求电流i中的频谱成分。化简转化求得，i中的频谱有：直流，100Hz,200Hz,300Hz,400Hz,500Hz,600Hz.P502-12-22.2.3非线性电路不满足叠加原理叠加原理是分析线性电路的重要基础。根据叠加原理，任何复杂的输入信号均可以首先分解为若干个基本信号（例如正弦信号），然后求出电路对每个基本信号单独作用时的响应，最后，将这些响应叠加起来，即可得到总的响应。2.3.1线性时变参量电路分析法线性时变电路：指电路元件的参数不是恒定不变的，而