第四章非线性电路及其分析方法ppt课件.ppt

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1、第四章非线性电路及其分析方法通信电路原理14.1引言4.2非线性电路的基本概念与非线性元件4.3非线性电路的分析方法4.4非线性电路的应用举例:C类谐振功率放大器倍频器模拟相乘器时变参量电路与变频器24.1引言电路可以被分为两大类：线性和非线性输入信号经非线性电路作用后，将产生新的频率分量线性电路具有叠加性和均匀性非线性元件元件参数与通过元件的电流或施加其上的电压有关非线性电路至少包含一个非线性器件，且该器件工作于非线性状态。目录34.2非线性电路的基本概念与非线性元件4.2.1非线性电路的基本概念元件的分类

2、：线性元件元件参数与通过元件的电流或施加其上的电压无关R、L、C非线性元件元件参数与通过元件的电流或施加其上的电压有关二极管内阻rd、晶体管rb’b、变容二极管Cj时变参量元件元件参数按照一定的规律随时间变化，这种变化与通过元件的电流或施加其上的电压无关变频器时变跨导g4一切实际的元件都是非线性的，绝对线性的元件是不存在的。线性元件是有条件的。5电路分类线性电路只由线性元件组成的电路谐振电路、无源滤波器、传输线、小信号放大器非线性电路至少含有一个非线性元件，且该元件工作于非线性状态振荡器、功率放大器、倍频器、

3、调制解调器时变参量电路电路中仅有一个参量受外加信号的控制而按一定的规律随时间变化。外加信号称为控制信号。变频器、模拟相乘器6(1)线性电路线性电路由线性元件构成其输出输入关系用线性代数方程或线性微分方程表示同时满足叠加性和均匀性7线性系统：系统函数叠加性均匀性8(2)非线性电路至少一个非线性元件其输出输入关系用非线性函数方程（非线性代数方程或超越方程）或非线性微分方程表示输出信号中将产生输入信号中没有的频率成分9(3)时变参量电路由时变参量元件（和线性元件）组成用变系数线性微分方程描述时变参量电路本质上是非线

4、性电路有新的频率成分产生104.2.2非线性元件非线性元件的分类电阻电容电感非线性元件的描述方法解析函数描述幂级数描述折线描述11(1)非线性元件的分类电压电流电荷磁链12线性电阻和非线性电阻线性电阻：图（a）半导体二极管：图（b）隧道二极管：图（c）静态电阻：R=v/I动态电阻：R=dv/di线性电阻非线性电阻非线性电阻图（a）图（b）图（c）13非线性电阻的两种工作情况（a）对于弱信号，非线性电阻等效为变参量的线性电阻。14（b）对于强信号，引入平均斜率表示非线性电阻。平均斜率与输入信号幅度有关。15线性

5、电容和非线性电容线性电容静态电容：C=q/vqvvc16变容二极管动态电容：C=dq/dvvc非线性电容17线性电感和非线性电感线性电感铁芯电感静态电感：L=/I动态电感：L=d/di18(2)非线性元件的描述方法以非线性电阻元件的伏安特性为例解析函数幂级数分段折线191)解析函数描述晶体管场效应管晶体管差分对P182，表4.2.1202)幂级数描述当输入信号为小信号时，可在工作点V0处展开为幂级数以晶体管为例213)折线描述当输入为大信号时，可用分段折线来描述元件的非线性以二极管为例:目录小信号大信号更

6、大信号224.3非线性电路的分析方法非线性电路的分析方法和非线性元件的表示方法相对应非线性电路可分为非线性电阻电路和非线性动态电路非线性电阻电路仅由非线性电阻（和线性电阻）构成：可用非线性函数方程描述。非线性动态电路包含至少一个非线性元件和一个储能元件（电容、电感）：非线性微分方程描述。234.3.1线性和非线性电路分析异同点相同的地方基尔霍夫电流定律和电压定律对非线性电路和线性电路均适用，对两类电路，均可采用节点分析法和回路分析法建立电路方程24线性电路具有叠加性和均匀性：分别计算单个信号单独激励时的响应，

7、相叠加即可得到总响应；（非线性电路不能这样处理）不同的地方线性电路的传输特性只由系统本身决定，与激励信号无关：可以用单位冲击响应或传输函数表示线性系统；（非线性电路只能在特定输入情况下求输出）线性电路可以用线性微分方程表示：可以用傅立叶变换或拉普拉斯变换进行电路的频域分析；（对非线性电路进行频域分析十分困难）254.3.2非线性电阻电路的近似解析方法对非线性电路的分析没有统一的方法。对非线性电路的分析是困难的，难于找到统一的方法，只能针对某一类型的非线性电路，采用适合这种电路的分析方法。求解非线性函数方程一般

8、不用解析方法，可利用计算机获得数值解，但不利于对电路工作物理过程的了解。对简单非线性电阻电路，采用幂级数或折线法进行近似的解析分析，精度稍差，但对电路工作机理的了解是有利的。264.3.2.1幂级数分析法如果函数f在静态工作点V0处的各阶导数存在，则可展开为幂级数，即泰勒级数27工程计算工程计算所允许的准确度范围内，尽量选取少量的项数近似线性近似二次项近似三次项近似小信号线性分析变频分析非线性分析2