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电压电流特性曲线为通过u-i平面坐标原点直线的二端电阻,称为线性电阻;否则称为非线性电阻。按照非线性电阻特性曲线的特点可以将它们进行分类。其电压是电流的单值函数的电阻,称为流控电阻,用u=f(i)表示;其电流是电压的单值函数的电阻,称为压控电阻,用i=g(u)表示。
本节先介绍常用非线性电阻元件的电压电流关系,再讨论非线性电阻单口网络的电压电流关系曲线,最后讨论含一个非线性电阻元件的电路分析方法。
一、非线性电阻元件
图2-28(a)所示隧道二极管是压控电阻,图2-28(b)所示氖灯是流控电阻,图2-28(c)所示普通二极管既是压控电阻,又是流控电阻,而图2-28(d)所示理想二极管既不是流控电阻,又不是压控电阻。
图2-28
图2-28
其特性曲线对称于原点的电阻,称为双向电阻;否则称为单向电阻。图(b)所示氖灯是双向电阻,图(a)、(c)、(d)所示隧道二极管、普通二极管和理想二极管都是单向电阻。单向性的电阻器件在使用时必须注意它的正、负极性,不能任意交换使用。
也就是说,在u>0 (称为正向偏置)时,它相当于短路(u=0),电阻为零,它好像一个闭合的开关;在u<0 (称为反向偏置)时,它相当于开路(i=0),电阻为无限大,它好像一个断开的开关,如下图所示。
理想二极管是开关电路中常用的非线性电阻元件。其参考方向如图2-28(d)所示时,其电压电流关系为:
图2-29
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非线性电阻单口网络的特性由端口电压电流关系曲线来描述,由非线性电阻(也可包含线性电阻)串联和并联组成的单口网络,就端口特性而言,等效于一个非线性电阻,其VCR特性曲线可以利用KCL,KVL和元件VCR用图解法求得。
二、非线性电阻单口网络的特性曲线
例2-14 用图解法求图2-30(a)所示电阻和理想二极管串联单口网络的VCR特性曲线。
图2-30
解:在平面上画出电阻和理想二极管的特性曲线,如图2-30(b)中曲线①和②所示。将同一电流下以上两条曲线的横坐标相加,就得到图2-30(c)所示的单口网络的VCR特性曲线。当u>0时,理想二极管导通,相当于短路,特性曲线与电阻特性相同;当u<0时,理想二极管相当于开路,串联单口网络相当于开路。
例2-15用图解法求图2-31(a)线性电阻和电压源串联单口网络的VCR特性曲线。
图2-31
解:在平面上画出线性电阻和电压源uS的特性曲线,分别如图2-31(b)中的曲线①和②所示。将同一电流下曲线①和②的横坐标相加,得到图2-31(a)所示单口的VCR特性曲线,如图中曲线③所示。若改变电流参考方向,即对单口网络采用非关联参考方向,如图2-31(c)所示,相应的特性曲线如图2-31(d)所示,它是通过(uS,0)和(0, uS/R)两点的一条直线,是表示单口网络外特性的一条直线。