第6章简单非线性电路分析

《第6章简单非线性电路分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章简单非线性电路分析（68页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第6 6章章 简单非线性电阻简单非线性电阻电路分析电路分析 6.1 6.1 非线性元件与非线性电路的基本概念非线性元件与非线性电路的基本概念 6.2 6.2 非线性电阻非线性电阻 6.3 6.3 非线性电阻电路方程的建立非线性电阻电路方程的建立 6.4 6.4 非线性电阻电路的基本分析方法非线性电阻电路的基本分析方法l 重点重点: : 非线性电阻元件及其约束关系，简非线性电阻元件及其约束关系，简单非线性电阻电路的图解分析法、分段单非线性电阻电路的图解分析法、分段线性化分析法、小信号分析法。线性化分析法、小信号分析法。1. 非线性元件非线性元件(nonlinear component ) 当元

2、件的参数值随其端电压或端电流的数当元件的参数值随其端电压或端电流的数值或方向发生变化时，这样的元件就是非线性值或方向发生变化时，这样的元件就是非线性元件，非线性元件的伏安特性不再是通过坐标元件，非线性元件的伏安特性不再是通过坐标原点的直线。原点的直线。 6.1 6.1 非线性元件与非线性电路的非线性元件与非线性电路的基本概念基本概念 非线性元件也分为二端元件和多端元件以非线性元件也分为二端元件和多端元件以及时变元件和时不变元件，本章仅讨论非线性及时变元件和时不变元件，本章仅讨论非线性时不变二端电阻元件及其所构成的电路。时不变二端电阻元件及其所构成的电路。 2. 非线性电路非线性电路(nonli

3、near circuit) 仅由非线性电阻元件、线性电阻元件、独仅由非线性电阻元件、线性电阻元件、独立电源和受控源等组成的电路称为非线性电阻立电源和受控源等组成的电路称为非线性电阻电路。电路。 非线性电阻电路在非线性电路中占有重要非线性电阻电路在非线性电路中占有重要的地位，它不仅可以构成许多实际电路的合理的地位，它不仅可以构成许多实际电路的合理模型，其分析方法也是研究含有非线性电容元模型，其分析方法也是研究含有非线性电容元件、非线性电感元件的非线性动态电路的基础。件、非线性电感元件的非线性动态电路的基础。 严格地讲，实际电路都是非线性的。严格地讲，实际电路都是非线性的。 6.2 非线性电阻非线

4、性电阻 （ nonlinear resistor ） 不服从欧姆定律的电阻元件，即不服从欧姆定律的电阻元件，即u i特性不能用特性不能用通过坐标系原点的直线来表示的电阻元件，称为非通过坐标系原点的直线来表示的电阻元件，称为非线性电阻元件。线性电阻元件。 元件符号元件符号复习：线性电阻元件（复习：线性电阻元件（linear resistor）tanconstuRi iuPui uiR+- - u = f ( i ) i = g ( u )1. 非线性电阻的分类非线性电阻的分类 非单调电阻元件一般可分为流控电阻元件非单调电阻元件一般可分为流控电阻元件(current-controlled resi

5、stor)和压控电阻元件和压控电阻元件(voltage-controlled resistor)两类。两类。（1 1）非单调电阻非单调电阻非线性电阻按其伏安特性可以分为三大类，非线性电阻按其伏安特性可以分为三大类，即非单调电阻、单调电阻和多值电阻。即非单调电阻、单调电阻和多值电阻。 电流控电阻元件电流控电阻元件u = f (i) 为单值函数为单值函数 如充气二极管如充气二极管(gas diode) 这种曲线呈这种曲线呈S形，因而在一段曲线内，电压形，因而在一段曲线内，电压随电流增加而下降，各点斜率均为负，故而称具随电流增加而下降，各点斜率均为负，故而称具有这类伏安特性的电阻为有这类伏安特性的电

6、阻为S形（微分）负阻形（微分）负阻 。 电压控电阻元件电压控电阻元件如如隧道二极管隧道二极管(tunnel diode) 这种曲线呈这种曲线呈N形，因而在一段曲线内，电流随形，因而在一段曲线内，电流随电压增加而下降，各点斜率均为负，故而称具有电压增加而下降，各点斜率均为负，故而称具有这类伏安特性的电阻为这类伏安特性的电阻为N形（微分）负阻。形（微分）负阻。 i = g(u) 为单值函数为单值函数 若非线性电阻的端电压可以表示为其端电若非线性电阻的端电压可以表示为其端电流的单值函数，端电流又可以表示为其端电压流的单值函数，端电流又可以表示为其端电压的单值函数，即有的单值函数，即有（2 2）单调型

7、电阻单调型电阻u = f (i) 为单值函数为单值函数 i = g(u) 为单值函数为单值函数 同时成立，而且同时成立，而且f 和和g互为反函数，则称之互为反函数，则称之为单调型电阻。为单调型电阻。 PN结二级管是最为典型的单调型电阻结二级管是最为典型的单调型电阻 。单调型电阻既是流控电阻又是压控电阻，单调型电阻既是流控电阻又是压控电阻，其伏安特性曲线为严格单调增或严格单调减的其伏安特性曲线为严格单调增或严格单调减的 。-ISui伏安特性伏安特性 对于硅二极管来说，典型值为对于硅二极管来说，典型值为12STH10A1pA0.025V25mVIU 若非线性电阻的某些端电流对应于多个端若非线性电阻

8、的某些端电流对应于多个端电压值，而某些电压又对应于多个端电流值，电压值，而某些电压又对应于多个端电流值，则称为多值电阻。则称为多值电阻。 （3 3）多值电阻多值电阻理想二极管就是一种典型的多值电阻理想二极管就是一种典型的多值电阻 2.2.静态电阻和动态电阻的概念静态电阻和动态电阻的概念 所谓静态，是指非线性电阻所谓静态，是指非线性电阻电路在直流电源作用下的工作状电路在直流电源作用下的工作状态，此时非线性电阻上的电压值态，此时非线性电阻上的电压值和电流值为平面上一个确定的点，和电流值为平面上一个确定的点，该点即称为静态工作点，此点所该点即称为静态工作点，此点所对应的电压值和电流值称为静态对应的电

9、压值和电流值称为静态电压和静态电流。电压和静态电流。 静态电阻静态电阻 定义为该点电压定义为该点电压 和和 的比值，的比值，即即 QRQUQIQQQURI非线性电阻在某一工作状态非线性电阻在某一工作状态下的动态电阻下的动态电阻 定义为该点电定义为该点电压对电流的导数值，即压对电流的导数值，即 dR正比于正比于 ，为，为P点切线斜率的倒数。点切线斜率的倒数。 dRtandPduRdi分析非线性电路的基本依据仍然是分析非线性电路的基本依据仍然是KCL、KVL和元件的伏安关系。和元件的伏安关系。6.3 6.3 非线性电阻电路方程的建立非线性电阻电路方程的建立 基尔霍夫定律所反映的是节点与支路的连基尔

10、霍夫定律所反映的是节点与支路的连接方式对支路变量的约束，而与元件本身特性接方式对支路变量的约束，而与元件本身特性无关，因而无论是线性的还是非线性的电路，无关，因而无论是线性的还是非线性的电路，按按KCL和和KVL所列方程是线性代数方程。所列方程是线性代数方程。如图电路，节点如图电路，节点a a和和b b可列出可列出KCLKCL方程为方程为1243240Siiiiiii对于回路对于回路I I和和IIII，按，按KVLKVL可列方程可列方程241230Suuuuuu 它们都是线性代数方程。表征元件特性的伏安它们都是线性代数方程。表征元件特性的伏安方程，对于线性电阻而言是线性代数方程，对于非方程，对

11、于线性电阻而言是线性代数方程，对于非线性电阻来说则是非线性函数。线性电阻来说则是非线性函数。iSR1R3+ u2_R2R4+uS_i1i2+u3_i4i3+ u4_lll+_u1例例非线性电阻的伏安关系一般为高次函数，非线性电阻的伏安关系一般为高次函数，故建立线性电阻电路方程与建立非线性电阻电故建立线性电阻电路方程与建立非线性电阻电路方程时的不同点来源于非线性电阻元件与线路方程时的不同点来源于非线性电阻元件与线性电阻元件之间的上述差异。性电阻元件之间的上述差异。 非线性元件的参数不为常数这一特点决定非线性元件的参数不为常数这一特点决定了非线性电路与线性电路的一个根本区别，即了非线性电路与线性电