浅谈非线性电路理论和线性电路理论数字电路和模拟电路
电路基础原理理解电路中的非线性与线性

电路基础原理理解电路中的非线性与线性电路是由各种元器件组成的电子设备,我们日常生活中无处不在地与电路打交道。
理解电路的基础原理是非常重要的,其中非线性与线性是理解电路工作方式的两个关键概念。
一、什么是非线性电路?非线性电路是指电路中电流与电压之间的关系不符合线性规律的电路。
在非线性电路中,电流与电压之间的关系是复杂的,且无法通过简单的比例关系来描述。
非线性电路可以产生丰富多样的非线性现象,例如非线性失真、振荡、混频等。
非线性电路通常由非线性元件组成,如二极管、三极管等。
以二极管为例,它的特性曲线是一个非线性曲线,即其电流与电压之间的关系不是一条直线。
在低电压区域,二极管处于截止状态,电流很小;而在高电压区域,二极管进入饱和状态,电流增加很快。
正是因为这种非线性特性,二极管在电路中才能起到许多重要的作用,如整流、稳压等。
二、什么是线性电路?线性电路是指电路中电流与电压之间的关系符合线性规律的电路。
在线性电路中,电流与电压之间的关系可以通过简单的比例关系来描述,即符合欧姆定律。
线性电路的特点是稳定、可预测且易于分析。
线性电路通常由线性元件组成,如电阻、电容、电感等。
以电阻为例,其特性曲线是一条直线,即其电流与电压之间存在一个恒定的比例关系。
这使得电阻在电路中能够起到稳定限流的作用,是电路设计中不可或缺的元件之一。
三、非线性与线性在电路设计中的应用非线性电路的特性使得其在电路设计中有着特殊的应用。
例如,非线性元件可以用于构建振荡电路,实现信号的放大和调节。
同时,非线性元件的非线性特性也可以用来改变信号的波形,产生特定的效果,如失真音效等。
在放大器的设计中,可以通过合理利用非线性元件的特性,提高放大器的线性度和功率。
线性电路在电路设计中也扮演着重要的角色。
线性电路的稳定性使得我们能够更好地预测电路的工作情况,便于调试和优化。
在许多电子设备中,例如放大器、滤波器等,线性电路起到了关键的作用。
此外,从线性电路理论出发,我们还可以推导出更复杂的非线性电路。
电路理论课件第17章非线性电路

非线性电路的应用
01
02
03
信号处理
非线性电路可以用于信号 处理,如音频压缩、噪声 消除等。
通信系统
非线性电路在通信系统中 用于调制解调、信号放大 等。
自动控制系统
非线性电路在自动控制系 统中用于实现非线性控制 逻辑和算法。
02
非线性元件
非线性元件 非线性电阻
总结词
非线性电阻是指电阻值随输入电 压的非线性变化的电子元件。
通过观察仿真得到的电压、电流波形, 分析非线性元件对电路性能的影响。
参数分析
分析仿真结果中的元件参数,如电阻、 电容、电感等,了解其在非线性条件 下的变化情况。
性能评估
根据仿真结果,评估非线性电路的性 能指标,如频率响应、稳定性等。
优化设计
通过对仿真结果的分析,对非线性电 路的设计进行优化,提高其性能或降 低成本。
仿真实验步骤
1. 建立电路模型
根据非线性电路的原理图,在 仿真软件中建立相应的电路模
型。
2. 设置仿真参数
选择适当的仿真算法、时间步 长、精度等参数。
3. 运行仿真
设置好参数后,启动仿真过程 ,观察仿真结果。
4. 结果分析
对仿真结果进行分析,验证非 线性电路的工作原理和特性。
仿真结果分析
波形分析
03
非线性电路的分析方法
非线性电路的分析方法
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04
非线性电路的稳定性分 析
静态稳定性分析
分析方法
通过求解系统的平衡点,判断平衡点的稳定性。
平衡点的求解方法
通过设置系统的输入信号为0,然后求解系统的状态方程。
平衡点的稳定性判断
通过判断平衡点的导数矩阵的行列式和迹的正负来判断。
电路中的数字电路与模拟电路

电路中的数字电路与模拟电路在现代科技发展的浪潮下,电路是我们生活中不可或缺的一部分。
而电路又可以分为数字电路和模拟电路两大类。
本文将围绕这两类电路,分别探讨其原理和应用。
数字电路是以离散的信号为基础,处理离散量信息的电路系统。
其原理是基于二进制,通过逻辑门电路进行数据的存储和处理。
数字电路具有高稳定性、精确性和可靠性的特点,并广泛应用于计算机、通信和数字化设备等方面。
首先让我们来考虑一下计算机,作为一个应用数字电路的典型代表。
在计算机中,数字电路负责运算和逻辑控制。
它经过了编码、解码、存储、计算等过程,最终将数据转换为我们可以看懂的形式。
例如,通过输入某种指令,计算机可以进行加减乘除等运算,从而实现我们对数据的处理与控制。
另一个典型的数字电路应用是通信领域。
数字电路可以将模拟信号转换为数字信号,再通过传输线路进行传递。
这种数字信号可以在传输过程中减少噪声的干扰,从而提高信号的质量和稳定性。
在手机通信中,数字电路能够将我们的声音转换为数字化的信号,然后通过网络传输到对方手机,完成通话的过程。
与数字电路不同,模拟电路是以连续的信号为基础,传输和处理连续量信息的电路系统。
模拟电路广泛应用于音频、视频处理和功率放大等领域。
相比数字电路,模拟电路更适用于对信号的精确度和连续性要求较高的场景。
以音频处理为例,模拟电路能够将声音信号通过不同的滤波器进行调节和过滤,以达到合适的音质效果。
在模拟电路中,音频信号以连续的模拟波形形式存在,其处理过程中会受到许多因素的影响,如电阻、电容和电感等。
通过不同电路元件的组合,模拟电路可以实现对信号的放大、滤波和调节,使得我们听到的音乐更加高保真。
另一个典型的模拟电路应用是视频处理。
在电视和摄像设备中,模拟电路负责对视频信号进行放大、去噪和调节。
通过模拟电路处理后的视频信号,我们可以看到清晰度更高的图像和更真实的色彩。
无论是数字电路还是模拟电路,它们在现代科技中都扮演着重要的角色。
什么是数字电路它与模拟电路有何不同

什么是数字电路它与模拟电路有何不同数字电路是指用离散的信号来表示和处理信息的电路。
与之相对的是模拟电路,模拟电路则是利用连续的信号来表示和处理信息。
数字电路和模拟电路在信号表示、传输和处理方式上存在明显的不同之处。
1. 信号表示方式:数字电路中的信号是离散表示的,通常用两个离散的电压级别表示逻辑值0和1,这两个级别被称为低电平和高电平。
例如,常见的数字系统中使用的二进制编码就是一种离散信号。
而模拟电路中的信号是连续、无限制的,可以采用任意的电压值来表示信息的大小。
模拟电路中的信号可以是连续变化的,可以表示非常细致的信息。
2. 信号传输方式:数字电路中的信号传输通常是利用0和1的离散电平进行,可以通过数字线路、导线或是无线信号进行传输。
数字信号在传输过程中可以忍受一定的信号干扰,因为0和1之间的差异较大,容易被检测出错误。
模拟电路中的信号传输是通过无限连续的电压来表示和传输信息的,需要使用连续的导线或者信号线来进行传输。
模拟信号对于干扰信号更加敏感,一旦发生干扰,可能会导致信息错误或失真。
3. 信号处理方式:数字电路通过逻辑门、触发器等组件对离散信号进行逻辑运算和时序控制,实现各种功能。
数字电路的设计和分析通常基于布尔代数的逻辑运算。
模拟电路采用各种不同的电子元件,如放大器、滤波器等,对连续信号进行放大、滤波和处理。
模拟电路的设计需要考虑电子元件的特性以及信号的连续性。
4. 应用领域:数字电路在计算机、通信、数字音频、数字视频等领域得到广泛应用。
计算机中的CPU、存储器、逻辑控制电路等都是数字电路。
模拟电路在音频放大器、射频电路、传感器信号处理等领域有重要应用。
模拟电路主要用于处理连续变化的信号,对信号的精确度和保真度要求较高。
总结起来,数字电路和模拟电路在信号表示、传输和处理方式上存在明显的区别。
数字电路采用离散信号表示和处理信息,模拟电路采用连续信号表示和处理信息。
两者在应用领域和电路设计上也有所不同。
数字电路 和模拟电路

数字电路和模拟电路数字电路和模拟电路是电子工程中两个重要的概念。
虽然它们都与电子信号有关,但是在设计和应用中存在着一些重要的区别。
数字电路是指处理和传输数字信号的电路。
数字信号是离散的信号,只能取两个值中的一个,通常是0和1。
数字电路通过逻辑门和触发器等元件来实现信号的处理和操作。
逻辑门是基本的数字电路元件,可以实现逻辑运算,如与门、或门和非门等。
触发器是一种存储器件,可以存储和传输数字信号。
数字电路的设计和分析主要依赖于布尔代数和逻辑运算,可以用来实现各种逻辑功能,如加法、减法、乘法和除法等。
与数字电路相比,模拟电路处理的是连续的信号。
模拟信号可以取任意的值,可以是电压、电流或其他物理量的变化。
模拟电路通过电阻、电容和电感等元件来实现信号的处理和放大。
模拟电路可以实现各种模拟功能,如放大、滤波和混频等。
模拟电路的设计和分析主要依赖于电路分析和信号处理的基本原理,可以用来实现各种模拟功能,如音频处理、视频处理和通信系统等。
数字电路和模拟电路在电子工程中扮演着不同的角色。
数字电路主要用于数字系统的设计和实现,如计算机、数字通信和数字信号处理等。
模拟电路主要用于模拟系统的设计和实现,如音频设备、视频设备和通信设备等。
数字电路和模拟电路在电子工程中相互补充,共同构成了现代电子系统的基础。
总结起来,数字电路和模拟电路是电子工程中两个重要的概念。
数字电路处理和传输数字信号,依赖于逻辑门和触发器等元件,主要用于数字系统的设计和实现。
模拟电路处理连续的信号,依赖于电阻、电容和电感等元件,主要用于模拟系统的设计和实现。
数字电路和模拟电路在电子工程中相互补充,共同构成了现代电子系统的基础。
浅谈非线性电路理论和线性电路理论数字电路和模拟电路

数字电路研究型课题课题:基于三极管的输入伏安特性曲线和输出伏安特性曲线,浅谈非线性电路理论和线性电路理论、数字电路和模拟电路关键字:三极管数字电路模拟电路线性非线性摘要:本文以三极管的特性为切入点,联系模拟电路与数字电路,浅谈了线性电路和非线性电路理论正文:一、三极管的组成结构:三极管由三层半导体组成,有三个区、三个极、两个结结构图如图1发射区发射极发射结三个区集电区三个极集电极两个结基区基区集电极三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。
图1 三极管结构二、三极管的伏安特性曲线输入特性曲线:I b=f(U be)½U ce=CB是输入电极,C是输出电极,E是公共电极。
I是输入电流,U be是输入电压,加在B、E两电极之间。
bI是输出电流,U ce是输出电压,从C、E两电极取出。
C1. U ce=0V时,发射极与集电极短路,发射结与集电结均正偏,实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。
2. 当U ce≥1V时,U cb= U ce- U be>0,集电结已进入反偏状态,开始收集载流子,且基区复合减少,I C / I B增大,特性曲线将向右稍微移动一些。
但U ce再增加时,曲线右移很不明显。
通常只画一条。
图2 输入特性曲线输出特性曲线I C=f(U ce)½I b=C可以分为三个区域:饱和区:(1) I C受U ce显著控制的区域,该区域U ce的数值较小,一般U ce<0.7V(硅管)。
发射结正偏,集电结正偏(2) U ces=0.3V左右截止区:——I b=0的曲线的下方的区域I=0 I c=I ceobNPN:U be£0.5V,管子就处于截止态通常该区:发射结反偏,集电结反偏。
图3 输出特性曲线放大区—I C平行于U ce轴的区域,曲线基本平行等距。
(1) 发射结正偏,集电结反偏,电压U be大于0.7V左右(硅管) 。
(2) I c=bI b,即I c主要受I b的控制。
模拟电路与数字电路的区别与联系
模拟电路与数字电路的区别与联系模拟电路和数字电路是电子领域两个重要的分支,它们在电路设计、信号处理和系统控制等方面发挥着不可替代的作用。
本文将讨论模拟电路与数字电路的区别和联系,并探讨它们各自的特点和应用。
一、模拟电路与数字电路的区别1. 信号类型:模拟电路处理的是连续的模拟信号,信号的取值可以是任意的实数,如声音、光线等。
而数字电路处理的是离散的数字信号,信号的取值只能是离散的数字,如二进制数。
2. 处理方式:模拟电路采用的是模拟运算,通过电阻、电容和电感等元件对信号进行连续的处理、放大和滤波。
数字电路则采用数字运算,通过逻辑门、寄存器和计数器等元件对信号进行离散的处理、逻辑运算和存储。
3. 精度要求:模拟电路对信号精度要求较高,因为连续的模拟信号在处理过程中容易受到噪声和干扰的影响,需要一定的抗干扰能力。
而数字电路对信号精度要求相对较低,因为数字信号可以通过纠错码和差错检测等技术来确保数据的准确性。
4. 设计复杂度:模拟电路的设计相对简单,主要通过电阻、电容和电感等元件搭建电路结构即可。
数字电路的设计相对复杂,需要考虑逻辑门的组合、时序控制和数据通信等问题。
二、模拟电路与数字电路的联系虽然模拟电路与数字电路在信号类型、处理方式、精度要求和设计复杂度等方面存在差异,但是它们之间也存在着联系和相互补充的关系。
1. 模拟与数字信号转换:在实际应用中,模拟信号需要经过模数转换(A/D转换)变成数字信号,数字信号也需要经过数模转换(D/A转换)变成模拟信号。
这样可以实现模拟与数字信号的相互转换,并且通过数字信号处理技术可以对模拟信号进行滤波、编码和解码等处理。
2. 数字电路的模拟特性:数字电路在设计和实现过程中,由于电子元器件的非理想性,会引入一些模拟特性,如传输线的延迟、元器件的失调和开关电流的漏电等。
因此,在数字电路设计中也需要考虑模拟电路的相关知识。
3. 数模混合系统:在现实世界中,很多系统是由模拟电路和数字电路混合而成的,如通信系统、控制系统和计算机系统等。
数字电路和 模拟电路
数字电路和模拟电路数字电路和模拟电路是电子电路领域中两个重要的概念。
数字电路是基于逻辑门和触发器等数字元件构成的电路,用于处理离散的数字信号;而模拟电路则是基于电阻、电容和电感等模拟元件构成的电路,用于处理连续的模拟信号。
本文将分别从数字电路和模拟电路的基本概念、应用领域以及设计原则等方面进行阐述。
数字电路是以二进制的形式来表示和处理信息的电路。
它由逻辑门和触发器等数字元件组成,通过不同的组合和连接方式,实现对数字信号的处理和控制。
数字电路具有高速、稳定和可靠的特点,广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
其中,计算机中的中央处理器(CPU)就是一个典型的数字电路,它通过逻辑门和触发器等元件来实现数据的运算和控制。
在数字电路的设计中,有一些基本的设计原则需要遵循。
首先是布尔代数原理,它是数字电路设计的理论基础。
布尔代数通过逻辑运算符(与、或、非)和逻辑函数来描述和分析逻辑关系。
其次是组合逻辑和时序逻辑的设计方法。
组合逻辑是指输出仅由输入决定的电路,时序逻辑是指输出不仅由输入决定,还受到时钟信号等时序条件的影响。
此外,数字电路的设计还需要考虑功耗、面积和时序等方面的优化。
模拟电路是以连续的模拟信号来表示和处理信息的电路。
它由电阻、电容和电感等模拟元件组成,通过对电流和电压的连续变化进行处理。
模拟电路具有灵活、精确和高保真度的特点,广泛应用于音频、视频、传感器等领域。
例如,音频放大器和视频信号处理器就是常见的模拟电路,它们通过对模拟信号的放大和滤波来实现音频和视频的处理。
在模拟电路的设计中,有一些基本的设计原则需要遵循。
首先是基本电路定律,包括欧姆定律、基尔霍夫定律和电压分压定律等。
这些定律描述了电流和电压之间的关系,是模拟电路设计的基础。
其次是对信号的放大和滤波等处理方法。
放大可以提高信号的幅度,滤波可以去除干扰和噪声。
此外,模拟电路的设计还需要考虑输入和输出的阻抗匹配,以及信号的线性度和动态范围等指标。
了解电路中的数字电路与模拟电路
了解电路中的数字电路与模拟电路电路是现代科技发展中不可或缺的一部分,它贯穿了我们生活的方方面面。
在电路学中,数字电路和模拟电路是两个重要的概念。
通过了解数字电路和模拟电路,我们可以更好地理解电子设备的工作原理,也能更好地应用电子技术。
数字电路是基于二进制信号的电路系统。
简单来说,它只有两种状态:0和1。
数字电路的设计是通过使用逻辑门(如与门、或门、非门等)来实现不同的逻辑功能。
通过不同的逻辑门的组合,可以构建各种复杂的数字电路,如电脑的中央处理器(CPU)。
数字电路的一个重要应用是在计算机系统中。
计算机系统通常由多个数字电路组成,如ALU(算术逻辑单元)、寄存器、存储器等。
通过这些数字电路,计算机可以进行数据的处理、运算和存储,从而实现各种应用,如文字处理、图像处理、游戏等。
另一个重要的概念是模拟电路。
与数字电路不同,模拟电路使用连续变化的信号来表示信息。
模拟电路通常涉及到电压、电流、电阻等参数的变化。
通过控制这些参数的变化,可以实现不同的功能,如放大信号、滤波、调节音量等。
模拟电路的应用非常广泛。
在电子设备中,模拟电路常用于音频放大器、电视信号处理、手机电池充电控制等。
此外,在通信领域,模拟电路也发挥着重要的作用,如无线电频谱的调制与解调、手机信号的发射与接收等。
数字电路和模拟电路之间存在一定的联系和区别。
首先,数字电路可以使用模拟电路来实现。
例如,数字信号可以通过调制的方式转换为模拟信号,然后通过模拟电路进行处理。
其次,数字电路和模拟电路在信号处理方式上有所不同。
数字电路是以离散方式处理信号,而模拟电路是以连续方式处理信号。
最后,数字电路通常更适合于处理和存储大量数据,而模拟电路更适合于处理连续变化的信号。
总的来说,了解数字电路和模拟电路对于理解和应用电子技术至关重要。
通过学习电路原理和设计,我们可以更好地理解电子设备的工作原理,也可以更好地应用电子技术解决实际问题。
无论是数字电路还是模拟电路,它们都是电子科技不可或缺的一部分,为我们的日常生活带来了更多便利和创新。
电路基础原理数字电路与模拟电路的区别与联系
电路基础原理数字电路与模拟电路的区别与联系电路是现代科学和技术中一个非常重要的概念,它通过导体中的电子流动来实现电能的传输和转换。
电路中有两种主要的类型:数字电路和模拟电路。
本文将从多个角度探讨数字电路和模拟电路的区别与联系。
首先,我们来看看数字电路和模拟电路的定义。
数字电路是一种以离散的信号值进行处理和传递的电路。
它使用离散的逻辑门和触发器等设备来处理数字信号。
而模拟电路则是一种以连续的信号值进行处理和传递的电路。
它使用电压和电流等连续变化的信号来进行运算。
在电子元件的选择上,数字电路和模拟电路也有很大的差异。
数字电路主要使用数字逻辑门和触发器等元件,这些元件能够处理二进制信号,如0和1。
而模拟电路则使用电阻、电容和电感等元件,能够处理连续变化的信号。
另一个不同点在于数据的表示方式。
数字电路处理的是离散的数字信号,其数值仅由两个状态0和1来表示。
而模拟电路则可以处理连续变化的信号,其数值可以是任意的实数。
因此,数字电路更适合于逻辑运算和离散数据的处理,而模拟电路则更适合于连续变化的模拟信号的处理。
数字电路和模拟电路在应用方面也有所不同。
数字电路广泛应用于计算机和通信领域,例如CPU和存储器等部件都是由数字电路构成的。
数字电路的优点在于逻辑运算能力强,抗干扰能力好,但其处理的是离散数据,对信号的精度要求较高。
模拟电路则广泛应用于音频和视频信号的处理、电源管理等领域。
模拟电路的优点在于能够处理连续变化的信号,对信号的精度要求较低,能够更好地还原原始信号。
虽然数字电路和模拟电路有许多不同之处,但它们也有一些联系。
首先,数字电路和模拟电路都是电子电路的一部分,都遵循基本的电路理论和电子元件的使用规律。
其次,数字电路和模拟电路在实际应用中也经常结合使用。
例如,很多计算机系统中,CPU是由数字电路组成,而外围设备如显示器和扬声器等则是由模拟电路实现的。
总结起来,数字电路和模拟电路在多个方面都有明显的区别。
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数字电路研究型课题课题:基于三极管的输入伏安特性曲线和输出伏安特性曲线,浅谈非线性电路理论和线性电路理论、数字电路和模拟电路关键字:三极管数字电路模拟电路线性非线性摘要:本文以三极管的特性为切入点,联系模拟电路与数字电路,浅谈了线性电路和非线性电路理论正文:一、三极管的组成结构:三极管由三层半导体组成,有三个区、三个极、两个结结构图如图1发射区发射极发射结三个区集电区三个极集电极两个结基区基区集电极三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。
图1 三极管结构二、三极管的伏安特性曲线输入特性曲线:I b=f(U be)½U ce=CB是输入电极,C是输出电极,E是公共电极。
I是输入电流,U be是输入电压,加在B、E两电极之间。
bI是输出电流,U ce是输出电压,从C、E两电极取出。
C1. U ce=0V时,发射极与集电极短路,发射结与集电结均正偏,实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。
2. 当U ce≥1V时,U cb= U ce- U be>0,集电结已进入反偏状态,开始收集载流子,且基区复合减少,I C / I B增大,特性曲线将向右稍微移动一些。
但U ce再增加时,曲线右移很不明显。
通常只画一条。
图2 输入特性曲线输出特性曲线I C=f(U ce)½I b=C可以分为三个区域:饱和区:(1) I C受U ce显著控制的区域,该区域U ce的数值较小,一般U ce<0.7V(硅管)。
发射结正偏,集电结正偏(2) U ces=0.3V左右截止区:——I b=0的曲线的下方的区域I=0 I c=I ceobNPN:U be£0.5V,管子就处于截止态通常该区:发射结反偏,集电结反偏。
图3 输出特性曲线放大区—I C平行于U ce轴的区域,曲线基本平行等距。
(1) 发射结正偏,集电结反偏,电压U be大于0.7V左右(硅管) 。
(2) I c=bI b,即I c主要受I b的控制。
(3) b≈饱和区:发射结正偏,集电结正偏截止区:发射结反偏,集电结反偏或:U be£0.5V(Si) U be£0.2V(Ge)放大区:发射结正偏,集电结反偏。
表1三极管工作模式表中同时列出了四种工作方式的主要用途。
三极管在数字电路中的用途其实就是开关,利用电信号使三极管在正向活性区(或饱和区)与截止区间切换,就开关而言,对应开与关的状态,就数字电路而言则代表0与1(或1与0)两个二进位数字。
若三极管一直维持偏压在正向活性区,在射极与基极间微小的电信号(可以是电压或电流)变化,会造成射极与集电极间电流相对上很大的变化,故可用作信号放大器。
截止区当U be<0时,则I b≈0,发射区没有电子注入基区,但由于分子的热运动,集电集仍有小量电流通过,即I c=I ceo称为穿透电流,常温时I ceo约为几微安,锗管约为几十微安至几百微安,它与集电极反向电流I cbo的关系是:I cbo=(1+β)I cbo常温时硅管的I cbo小于1微安,锗管的I cbo约为10微安,对于锗管,温度每升高12℃,I cbo数值增加一倍,而对于硅管温度每升高8℃,I cbo数值增大一倍,虽然硅管的I cb o随温度变化更剧烈,但由于锗管的I cbo值本身比硅管大,所以锗管仍然受温度影响较严重的管,放大区,当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时,Ic 随Ib近似作线性变化,放大区是三极管工作在放大状态的区域。
饱和区当发射结和集电结均处于正偏状态时,I c基本上不随I b而变化,失去了放大功能。
根据三极管发射结和集电结偏置情况,可能判别其工作状态。
三、非线性电路非线性电路是含有除独立电源之外的非线性元件的电路。
(一)应用:1、模拟电子线路中,广泛应用了非线性元件的非线性特性(如三极管的放大功能、振荡、锁相环、调谐、解调等)。
分析非线性器件响应特性时,必须注明它的控制变量,控制变量不同,描述非线性器件的函数也不同. 非线性器件的描述与控制变量有关,并且可能出现负值参数。
非线性器件分析不满足叠加原理。
(利用自激振荡、谐波、频率捕捉等特点)2、构成多种分力式模块(如乘法器、锁相环、存储器等)3、具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。
利用晶体的非线性光学效应,可以制成二次谐波发生器,上、下频率转换器,光参量振荡器等非线光学器件。
激光器产生的激光可通过非线性光学器件进行频率转换,从而获得得更多有用波长的激光,使激光器得到更广泛的应用。
(利用其频率转换等特点)4在液压系统中,控制阀几乎都是非线性器件,其输入与输出之间的关系或是“凹”,或是“凸”,或是“S”型。
甚至还有一些控制阀的动作极不正常,使流量控制问题变得更糟。
而变频驱动(VFD)其本身是一个非线性设备,但是能节省能源。
(二)特点:➢稳态不唯一用刀开关断开直流电路时,由于电弧的非线性使这时的电路出现由不同起始条件决定的两个稳态——一个有电弧,因而电路中有电流;另一个电弧熄灭,因而电路中无电流。
线性电路通常只有一个稳态。
但有些非线性电路的稳态可以不止一个。
例如,用刀开关断开某个直流电路,当开关的刀和固定触头之间的距离不够大(例如距离为d)时,刀与触头之间可以出现稳定的电弧,电路中有电流,这是电路的一个稳态;增加上述距离使电弧熄灭后,再使此距离减少到d,却见不到电弧,电路中没有电流,这是另一个稳态。
电弧的非线性特性使这个电路有两个稳态。
电路处于何种稳态由起始条件决定。
➢自激振荡在有些非线性电路里,独立电源虽然是直流电源,电路的稳态电压(或电流)却可以有周期变化的分量,电路里出现了自激振荡。
音频信号发生器的自激振荡电路中因有放大器这一非线性元件,可产生其波形接近正弦的周期振荡。
在含有直流独立电源的线性电路中,稳态下的电压、电流是不随时间变化的直流电压、直流电流。
但在有些非线性电路里,独立电源虽然是直流电源,电路的稳态电压(或电流)却可以有周期变化的分量,电路里出现了自激振荡。
例如,音频信号发生器的自激振荡电路中因有放大器这一非线性元件而成为非线性电路。
这个电路可以产生其波形接近正弦的周期振荡。
自激振荡可以分为两种。
软激励:电路接通后就能激起振荡。
硬激励:电路接通后,一般不能激起振荡,电路处于直流稳态。
必须另外加一个幅度较大、作用时间很短的激励,电路里才会激起振荡。
在这样的电路中便有两个稳态:一个是直流稳态,一个是含周期振荡的稳态。
➢谐波正弦激励作用于非线性电路且电路有周期响应时,响应的波形一般为非正弦的,含有高次谐波分量或次谐波分量。
例如,整流电路中的电流常会有高次谐波分量。
也可以有频率低于激励频率的次谐波分量。
整流电路中的电流常会有高次谐波分量。
将铁心线圈和合适的电容器串联接到正弦电压源上,构成铁磁谐振电路,其中的电流可含有频率是电源频率1/3的次谐波分量,称1/3次谐波。
➢跳跃现象非线性电路中,参数(电阻、电感、振幅、频率等)改变到分岔值时响应会突变,出现跳跃现象。
铁磁中就会发生电流跳跃现象。
电路的响应与电路的各种参数有关。
电谐振电路阻、电感、正弦电源的振幅和频率都是参数。
当某个参数有微小变化时,响应一般也有微小变化。
但在非线性电路里,当参数改变到分岔值时,响应会突变,出现跳跃现象。
考虑一个有合适电容值的铁磁谐振电路,以正弦电压源的有效值U 作为控制参数。
平滑地、缓慢地改变U 时,电流有效值I一般随之平滑地变化,图中两条实线表示这种变化,箭头代表变化方向。
当电压U由0增加时,电流按曲线①变化。
当U 达到分岔值U2时,电流会突然增加,以后电流沿曲线②变化。
当U由大于U2的值减少到分岔值U1时,电流会突然减少。
电流跳跃性变化用图中虚线表示。
平滑地改变电源的频率,也可以看到类似的现象。
➢频率捕捉正弦激励作用于自激振荡电路时,若激励频率与自激振荡频率二者相差很小,响应会与激励同步。
正弦激励作用于自激振荡电路时,看来有两种频率的振荡在电路里起作用,一个是激励的频率,一个是自激振荡频率。
但当二者相差很小时,电路里只存在频率为激励频率的振荡:响应与激励同步。
这种现象称为频率捕捉。
➢混沌20世纪20年代,荷兰人B.德坡尔描述电子管振荡电路的方程,成为研究混沌现象的先声。
非线性电路可以出现的一种稳态响应波形,看似无规律可循,类似随机输出。
它的频谱中有连续频谱成分。
响应对起始条件极为敏感。
在两组相差极微小的起始条件下,经过较长的时间以后两个响应的波形差别很大。
这种稳态响应是一种混沌现象。
在三阶(或三阶以上)自治电路和二阶(或二阶以上)非自治电路里可以出现混沌。
低阶电路的混沌常作为理论研究对象。
(三)非线性元件输入与输出比例关系或者参数之间的关系是非线性关系的元件称为非线性元件。
模拟电路——运算放大器、晶体三级管,场效应晶体管等各种有源器件;结电容、分布电容、扩散电容等频率控制器件;变容二极管数字电路——各种门电路(与非门、触发器、可编程器件等)(四)非线性电路的分析研究方法非线性电路可采用图解法和解析法来进行分析,但在实际电路中,常采用工程近似解析法。
工程近似解析法的精度虽比较差,但它有助于了解电路工作的物理过程,并能对电路性能作出粗略的估算。
所谓工程近似解析法,就是根据工程实际情况,对器件的数学模型和电路工作条件进行合理的近似,列出电路方程,从而解得电路中的电流和电压,获得具有实用意义的结果。
工程近似解析法的关键,是如何写出比较好的反映非线性器件特性的数学表示式。
由于不同的非线性元器件特性各不相同,即使同一个非线性元器件,由于其工作状态不同,它们的近似数学表示式也不同。
非线性电子线路中,常采用折线、幂级数和开关函数等表示式,这些将在后面各章中分别加以讨论。
线性电路是指完全由线性元件、独立源或线性受控源构成的电路。
线性就是指输入和输出之间关系可以用线性函数表示。
全电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态的,则称为非线性电路。
图 4 线性与非线性电阻器件伏安特性曲线 (a )线性电阻器件 (b )非线性电阻器件 电子器件严格上均为非线性的,故所构成的电子线路均为非线性电子线路。
但是,依据器件的使用条件不同,所表现的非线性程度不同。
线性电路:对信号进行处理时,尽量使用器件特性的线性部分。
电路基本是线性的,但存在不希望有的失真。
非线性电路:对信号进行处理时,使用了器件特性的非线性部分,利用器件的非线性完成振荡、频率变换等功能。
小信号条件下,由于输入信号足够小,电路可以用线性等效电路表示,如线性电子线路部分讨论过的各种小信号放大器。
器件的特性,归属线性电子线路。
大信号条件下,由于输入信号较大,必然涉及到器件的非线性部分,例如功率放大器,这样就不能用线性等效电路表示电子器件的特征,而必须用非线性电路的分析方法。