非线性电路分析基础.ppt

1、2.2在基于非线性电路分析、现代通信和各种电子设备中广泛采用了变频电路和功率转换电路(如调制、曹征、频率转换、倍频、振动、谐振放大器等)牙齿。还可以使用电路非线性特性(如自动增益控制(AGC)、自动频率控制(AFC)进行系统的反馈控制。牙齿部分介绍了非线性电路特性、功能和线性电路差异、非线性电路分析方法。对实现频率转换的基本组件模拟乘法器的特性、实现方法及应用进行了较为详细的分析。2.2.1非线性电路基本概念和非线性组件，常用无线组件有三类茄子：线性组件、非线性组件和时变参数组件。线性组件的主要特征是与通过组件参数牙齿组件的电流或应用于其上的电压无关。例如，常用的电阻、电容和空心电感都是线性构

2、件。1，非线性电路的基本概念，非线性因素的参数，有通过它的电流或应用于其上的电压和相关。例如，二极管电流大小差异会影响二极管内部电阻值。电晶体放大系数与工作点相关。带芯的电感线圈的电感量取决于通过线圈的电流。时变参数化构件不同于线性和非线性构件。参数不固定，按照一定的规律随时间变化，但这种变化与通过元件的电流或元件的电压无关。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，季节)时变参数化组件可以视为随时间变化的线性组件。例如，在混合时，可以把电晶体看作一个变度的线性参数元素。公共电路是几个被动元件或/和活动元件的对齐连接。可分为线性和非线性两类茄子。线性电路是由

3、线性组件组成的电路。它的输出输入关系用线性代数方程式或线性微分方程表示。线性电路的主要特征是重叠性和均匀性。如果Vi1(t)和vi2(t)分别表示两个输入信号，则vo1(t)和vo2(t)分别表示相应的输出信号：vo1(t)=fvi1(t)，VO2 (t)如果满足Avo1(t)=favi1(t)，avo2(t)=f avi2(t)，则称为均匀性。其中a是常数。当既有复叠又有相等性时，即a1 * f vi1(t)a2 * fvi 2(t)=fa1 * vi1(t)a2 * vi2(t)，函数关系f描述的系统称为线性系统。非线性电路(参见图2-2-1)包含一个或多个具有输出输入关系的非线性函数方程

4、或非线性微分方程表示例的非线性分量。图2-2-1显示了线性电阻和二极管非线性电路()。图2-2-1二极管电路及其电压电流特性，图2-2-1中二极管是非线性部件，ZL是负载，V和添加的信号，宽度不大。如果将非线性零部件的函数关系设置为I=f (v)，工作点从VO中选择，则电流I和输入电压v的关系为非线性函数方程I=A0 a1(v vo) a2(v vo)2 a3(v vo)3。没有非线性电路叠加和均匀性。这是与线性电路的重要区别。因为非线性电路输出输入关系是非线性函数关系，信号通过非线性电路时可能产生输出信号中没有的频率分量，或者输入信号的某些频率分量不再出现。这是非线性电路的重要特征。2，非线

5、性零件的特性，零件是线性的还是非线性的是相对的。线性和非线性分割在很大程度上取决于设备静态工作点和动态工作范围。如果零件在特定条件下工作，其响应的非线性效果小到可以忽略的程度，则可以将其视为线性设备。但是，由于动态范围扩大，非线性效果占据主导位置，牙齿装置必须视为非线性。例如，当输入信号是小信号时，电晶体(International Sequence)可以被视为线性设备，因此可以使用线性四段网络等效项通过常规线性系统分析方法分析性能。但是，随着输入信号逐渐增大，动态工作点扩展到饱和区域或截止区域，与小信号状态非常不同的特性将电晶体出现，因此应将电晶体设备视为非线性设备。大卫亚设，美国电视电视剧

6、，美国电视电视剧，从广义上说，仪器的非线性是绝对的，线性是相对的。线性状态只是非线性状态的近似值或特殊情况。非线性零件的种类很多种多样，概括起来，可以分为三类茄子：非线性电阻(NR)、非线性电容(NC)和非线性电感(NL)。隧道二极管，应变二极管，铁芯线圈等。牙齿部分以非线性电阻为例，讨论了非线性分量的特性。其特点是工作特性的非线性、不满意叠加原理、变频功能。结论也适用于其他非线性组件。非线性元件的工作性质、定线元件的工作性质与直线定线关系相符。例如，线性电阻特性如图2-2-2所示，欧姆定律，即电压电流特性为直线。图2-2-2线性电阻电压特性曲线、线性电阻和非线性电阻电压特性曲线不是直线。例如

7、，半导体二极管(半导体)是非线性电阻组件，此处添加的电压V与通过的电流I不成比例(即，欧姆定律满足渡边杏)。它的螺栓特性曲线如图2-2-3所示，正向工作特性按金志洙规律变化，反向工作特性非常接近横轴。除了图2-2-3半导体二极管伏安特性曲线、实际应用中的非线性电阻组件上面提到的半导体二极管外，还有电晶体、场效应管等多个茄子组件。在特定工作范围内，它们都属于非线性电阻组件。2 .非线性组件的频率转换(半导体二极管伏安特性曲线，如图2-2-4所示)。可以将具有特定频率的正弦电压通过相应二极管(v (t)波形和二极管电压电流特性曲线，如图2-2-4所示)的二极管电流I (t)的波形用作图形。图2-2

8、-4正弦电压作用于半导体二极管(半导体)，产生非正弦函数周期电流，这显然不再是正弦波形(但仍是周期函数)。因此，非线性元件的电压和电流的波形不同。V=将Vm sin t (2-2-1)电流I (t)展开到傅里叶级数(T)，除电压v (t)的频率分量(即基波)外，还可以发现每个新生成的谐波和直流分量。即，具有半导体二极管变频功能。如果非线性电阻电压电流特性曲线具有抛物线形状，则在I=K v2 (2-2-2)表达式中，K是常数。如果牙齿元件加入两个正弦电压v1=V2m Sint和v2=V2m sin2t，即v=v1 v2=V1m sin1t V2m sin2t (2-2-3)，则表示式(2-2-3

9、)三角方程式这些都是输入电压V所不包含的。通常，非线性分量的输出信号具有比输入信号更丰富的频率分量。通信、广播电路，就是利用非线性元件的这种变频作用实现调制、解调、混合等功能。3 .非线性电路不满意叠加原理，非线性电路，叠加原理不再适用。例如，当v=v1 v2=V1m sin1t V2m sin2t用于标记为I=K v2的非线性分量时，获取标记为(2-2-4)的电流。根据叠加原理，电流I必须是v1和v2单独作用时产生的电流的总和，即，(2-2-6)，(2-2-4)，比较式(2-2-4)和表达式()的总和牙齿这是一个很重要的概念。，2.2.2非线性电路分析方法、非线性电路分析和计算比线性电路复杂

10、得多。在线性电路中，由于信号宽度小，每个组件的参数都是常数，所以通过等价电路法，可以比较准确地计算出电路指标。非线性电路中信号宽度大，组件非线性。在整个信号的动态范围内，这些组件的参数不再是常数，而是变量，因此不能再用简单的公式计算。非线性电路分析经常使用幂级数分析、指数函数分析、折线分析、时变参数分析、切换函数分析等。首先，幂级数分析、各种非线性组件非线性特性的数学表达式具有不同的徐璐格式。例如，电晶体特性为指数函数，场效应管特性为二次函数等。将输入信号直接赋给非线性特性的数学表达式，就能得到输出信号。以下以图2-2-5为例，介绍了幂级数分析法。在插图中，二极管是非线性零件，ZL是负载，V是

11、小信号电压来源。如果存在图2-2-5二极管电路、非线性组件的函数关系设置I=f(v) (2-2-7)函数f(v)的每个阶导数，则可以将牙齿函数扩展到幂级数表达式(2-2)，函数I=f，这样得到的幂级数，即泰勒级数。(2-2-9)，数学分析表明，上述幂级数扩展表达式是收敛函数，幂越高，系数越小，是近似分析的基础。幂级数究竟需要采取多少项目，要根据大致的条件来决定。需要近似值的精度越高，或需要近似值表达式的曲线范围越大，使用的数字就越多。为了简单分析，在表达式(2-2-9)中，前四个茄子项：(2-2-10)，输入频率和相应谐波形成的各种组合频率1 2，12，1 22，(2)每个倍频器分量和每个组合

12、频率分量的振幅与幂级数扩展表达式中相同平方的系数相关。例如，21、22、1、2、1 2等元件的振幅与a2相关，31、32、21、2、21 2、1、22、1 22等元件的振幅与A2相关，(3)电流的直流元件与输入信号的振幅平方成正比。偶数谐波和系数总和(p q)为偶数的各种组合频率分量的振幅仅与包括奇数系数的幂级数偶数系数相关。同样，奇数谐波和系数之和为奇数的各种组合频率组件的振幅只与非线性特性表方法的奇数系数相关，与偶数系数无关。(4)通常，如果将功率多项式的最大数目设定为N，则电流的最大波形数不会超过N。如果组合频率显示为P1 Q2和P1 Q2，则存在p qn牙齿。(5)幂级数扩展式包含两个

13、信号的乘法项，作为乘法器，因此所有组合频率分量成对出现。如果有1 2，则必须有1 2；如果有21 2，则必须有21 2。最后，在实际工作中，必须指出非线性分量必须始终与特定性能的线性网络一起使用。非线性因素的主要作用在于频率变换，线性网络的主要作用在于频率选择或过滤。为了实现特定功能，为了从非线性组件的输出电流中去除所需的频率组件，过滤各种不必要的干扰频率组件，通常使用具有频率选择功能的线性网络之一作为非线性组件的负载。第二，折线分析，如果在输入信号足够大的情况下使用幂级数分析，则需要选择更多项目，这样会使分析计算变得复杂。在牙齿情况下，折线分析是比较好的分析方法。折线分析是将非线性零件的实际

14、特性曲线逼近为一个或多个直线段(如果需要)，然后根据折线参数分析输出信号和输入信号之间的关系。信号较大时，所有实际非线性分量几乎进入饱和或闭合状态。在牙齿时，元件非线性特性的突出表现是在不同茄子状态(如抛光、传导、饱和等)之间的过渡。在大信号条件下，忽略iCvB非线性特性尾部的弯曲，将实际特性曲线近似替换为由AB，BC两条直线段组成的折线，如图2-2-6所示。图2-2-6晶体三极管的传输特性曲线近似为折线。折线的数学表达式相对简单，因此如果折线近似，分析就会大大简化。当然，如果作用于非线性组件的信号很小，复盖范围在我们忽略的特性曲线的曲线部分，使用折线方法进行分析会产生很大的误差。戴维亚设、美

15、国电视电视剧、美国电视电视剧)因此，折线方法仅适用于较大的信号情况，例如功率放大器和大型信号检波器分析。如果晶体三极管的过渡特性曲线具有较大的复盖范围(例如图2-2-6中应用的AOC全范围)，则可以使用由AB和BC两个直线段组成的折线来近似。折线的数学表达式为(2-2-11)。其中VBZ是电晶体属性曲线折线后的截止电压。Gc跨导，即直线BC的斜率。在图2-2-6中，实线表示非线性设备的实际特性曲线，虚线表示近似折线段，两个特性的最大误差发生在折线疫情峰值附近，即B点附近电压V较小的区域，在B点右侧的大信号段中，实际特性和折叠段非常接近。折线法的具体应用讨论将在牙齿书第4章高频功率放大器中进行。3、线性时变参数电路分析方法、时变参数组件是随时间变化参数的线性组件。例如，两个大小信号同时作用于电晶体基底，此时由于大信号的控制，电晶体静态工作点相应地发生变化，因此电晶体之间的电导率随时间而变化。这样，对于小信号，你可以电晶体看做跨导线性元件，跨导的变化主要取决于大信号，基本上与小信号无关。变频器的电晶体是这种时变参数化元件。也称为时变参数组件构成的电路、参数电路、时变线性电路。非线性部件的线性时变操作状态图如图2-2-7所示。(a) (b)图2-2-7时变参数的信号变化，频率不同的两个信号v1，v2在VA特性为I=f (v)的非线性设备上