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2非线性电路分析基础.ppt

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文档介绍

文档介绍:2非线性电路分析基础
器件的非线性是绝对的,而其线性是相对的。
线性状态只是非线性状态的一种近似或一种特例而已。

非线性器件种类:
非线性电阻(NR)、非线性电容(NC)和非线性电感(NL)三类。 (2-2-8)

该级数的各系数与函数i = f(v)的各阶导数有关。
若函数i = f(v)在静态工作点Vo附近的各阶导数都存在,
也可在静态工作点Vo附近展开为幂级数。
这样得到的幂级数即泰勒级数。
由数学分析可知,上述幂级数展开式是一收敛函数,幂次愈高的项其系数就愈小,这一特点为近似分析带来了依据。幂级数到底应该取多少项,应由近似条件来决定。如果要求近似的准确性愈高,或要求近似表达式的曲线范围愈宽,则所取的次数就越多。
为分析简单,式(2-2-9)中只取前四项,即
若外加两个频率的信号电压
代入式 取前四项,得
谐波(倍频分量) ; 各种组合频率
各倍频分量和各组合频率分量振幅与同次幂项的系数有关
成对出现
根据以上分析,可得出如下几点结论:
(1) 由于元器件的非线性作用,输出电流中产生了输入电压中不曾有的新频率成分,如输入频率的谐波21和22、31和32;输入频率及其谐波所形成的各种组合频率1 + 2、1–2、1+22、1–22、21+2、21–2。
(2) 各倍频分量和各组合频率分量的振幅与幂级数展开式中同次幂项的系数有关,例如,21、22、1 + 2、1–2等分量的振幅与a2有关,而31、32、21+ 2、21–2、1+22、1–22等分量的振幅与a3有关,即高次谐波项的振幅与高次幂项的系数a有关。
(3) 电流中的直流分量与输入信号的振幅平方成正比,偶次谐波以及系数之和 ( p + q )为偶数的各种组合频率成分,其振幅均只与幂级数的偶次项系数(包括常数项)有关,而与奇次项系数无关;类似地,奇次谐波以及系数之和为奇数的各种组合频率成分,其振幅均只与非线性特性表方式中的奇次项系数有关,而与偶次项系数无关。
(4) 一般情况下,设幂多项式最高次数等于n,则电流中最高谐波次数都不超过n;若组合频率表示为p1 + q2和p1 – q2,则有p + q≤n。
(5) 因为幂级数展开式中含有两个信号的相乘项,起到乘法器的作用,因此,所有组合频率分量都是成对出现的,如有1 + 2就一定有1 – 2,有21 – 2,就一定有21 + 2,等等。
非线性元件 与一定性能的线性网络相互配合使用
非线性元件的主要作用在于进行频率变换
线性网络的主要作用在于选频或者说滤波
用具有选频作用的某种线性网络作为非线性元件的负载
 从非线性元件的输出电流中取出所需要的频率成分
同时滤掉不需要的各种干扰频率成分。
二、折线分析法
幂级数分析缺点:
当输入信号足够大时,就必须选取比较多的项,这将使分析计算变得很复杂。
折线分析法:
将非线性器件的实际特性曲线根据需要和可能,用一条或多条直线段来近似它,然后再依据折线参数,分析输出信号与输入信号之间的关系。
信号较大时,所有实际的非线性元件,几乎都会进入饱和或截止状态。此时,元件的非线性特性的突出表现是截止、导通、饱和等几种不同状态之间的转换。
在大信号条件下,忽略iC—vB非线性特性尾部的弯曲,用由AB、BC两个直线段所组成的折线来近似代替实际的特性曲线,而不会造成多大的误差。
图2-2-6 晶体三极管的转移特性
曲线用折线近似
折线分析法优点:
由于折线的数学表示式比较简单,所以折线近似后使分析大大简化。当然,如果作用于非线性元件的信号很小,而且运用范围又正处在我们所忽略了的特性曲线的弯曲部分,这时若采用折线法进行分析,就必然产生很大的误差。
折线分析法缺点:
折线法只适用于大信号情况,例如功率放大器和大信号检波器的分析都可以采用折线法。
详见第4章高频功率放大器
当晶体三极管的转移特性曲线在其运用范围很大时,如图AOC整个范围时,可以用AB和BC两条直线段所构成的折线来近似。折线的数学表示式为