非線性電子線路的基本概念

1、2.2 非線性電子線路的基本概念非線性電子線路在無線電發(fā)送與接收設(shè)備中具有重要作用，主要用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，以便產(chǎn)生特定波形與頻譜的輸出信號(hào)。一般說來，它與原輸入信號(hào)波形、頻譜不同。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它們也越來越多地被其它各種電子設(shè)備所采用。為了對(duì)非線性電子線路工作原理有一個(gè)基本概念，先對(duì)非線性電路的基本特性進(jìn)行討論。 線性與非線性電路 全部由線性或處于線性工作狀態(tài)的元器件組成的電路稱為線性電路，電路中只要含有一個(gè)元器件是非線性的或處于非線性工作狀態(tài)的，則稱為非線性電路。非線性元器件與線性元器件主要差別在于其工作特性是非線性的，它的參數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，且其值與外加電壓或通過的電流大小有關(guān)。

2、各種二極管、晶體管等電子器件都是非線性器件，而常見的電阻器、平板電容和空心電感線圈等都是線性元件。圖2-12作出了線性電阻器和非線性電阻器的伏安特性曲線，由圖2-12（a）可見，線性電阻器的伏安特性是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，即流過電阻器的電流與加在電阻器兩端的電壓成正比，所以它的特性可用斜率（電導(dǎo)）或它的倒數(shù)（電阻）來表示，其值為常數(shù)。由圖2-12（b）可見，非線性電阻器的伏安特性曲線是非線性的，即通過非線性電阻器的電流與加在其上的電壓不成正比，它所呈現(xiàn)的電導(dǎo)值與外加電壓或通過電流的大小有關(guān)。對(duì)于非線性元器件還必須引入一些其它參數(shù)（例如交流電導(dǎo)等），才能比較完整地反映它的特性。圖2-12 線性

3、與非線性電阻器件伏安特性曲線（a）線性電阻器件 （b）非線性電阻器件 如果在非線性電阻器件兩端加上直流工作點(diǎn)電壓，和幅度較大的正弦交流電壓，通過該器件的電流波形如圖2-13所示為一非正弦波，用傅里葉級(jí)數(shù)可將分解為直流、基波和各次諧波分量，可見輸出電流中出現(xiàn)了原有信號(hào)中沒有的頻率分量，即非線性器件可產(chǎn)生新的頻率分量。如作用于非線性器件上的交流電壓很小，電壓、電流的波形如圖2-13中、所示，接近于正弦波，這就是說，當(dāng)作用信號(hào)很小，工作點(diǎn)取得適當(dāng)時(shí)，對(duì)信號(hào)而言，非線性器件近似處于線性工作狀態(tài)，可當(dāng)作線性器件。例如二極管、晶體三極管在小信號(hào)作用下、在直流工作點(diǎn)處可近似作為線性器件，線性電子電路的分析正

4、是以這點(diǎn)為基礎(chǔ)的。 圖2-13 非線性器件在不同正弦電壓作用下的電流波形 非線性電路的基本特點(diǎn) 當(dāng)多個(gè)信號(hào)同時(shí)激勵(lì)線性電路時(shí)，各個(gè)激勵(lì)信號(hào)在通過線性電路時(shí)是互不相干的，可以分別計(jì)算每個(gè)信號(hào)單獨(dú)激勵(lì)時(shí)的響應(yīng)，然后將這些響應(yīng)相加就是總的響應(yīng)。這就是分析線性電路行之有效的疊加定理。但對(duì)非線性電路，由于激勵(lì)與響應(yīng)之間的關(guān)系不再是線性的，故疊加定理就不再適用了。若設(shè)非線性器件特性為 （2-39）式中，為常數(shù)。在非線性器件上同時(shí)作用兩個(gè)交流電壓和時(shí)，則由式（2-39）可得 2 （2-40）若用疊加定理，求得 （2-41）顯然式（2-40）和式（2-41）不相等，在式（2-40）中增加了一項(xiàng)由兩個(gè)電壓相乘而

5、產(chǎn)生的電流。正由于出現(xiàn)了兩個(gè)電壓的相乘項(xiàng)，才使非線性電子線路只有更多的電路功能。 如令，將它們代入式（2-40）中，則得 （2-42） 由式（2-42）可見，輸出電流中除了直流成分外，還產(chǎn)生了兩個(gè)頻率的二次諧波分量、，以及兩個(gè)頻率的和、差分量。這些都是輸入信號(hào)中所沒有的，說明非線性器件能夠產(chǎn)生新的頻率分量，具有頻率變換作用。 綜上所述，由非線性器件構(gòu)成的非線性電路有以下基本特點(diǎn)： （1）非線性電路能夠產(chǎn)生新的頻率分量，具有頻率變換作用； （2）非線性電路分析上不適用疊加定理： （3）當(dāng)作用信號(hào)很小，工作點(diǎn)取得適當(dāng)時(shí)，非線性電路可近似按線性電路進(jìn)行分析。 非線性電路可采用圖解法和解析法來進(jìn)行分析，但在實(shí)際電路中，常采用工程近似解析法。工程近似解析法的精度雖比較差，但它有助于了解電路工作的物理過程，并能對(duì)電路性能作出粗略的估算。所謂工程近似解析法，就是根據(jù)工程實(shí)際情況，對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理的近似，列出電路方程，從而解得電路中的電流和電壓，獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。 工程近似解析法的關(guān)鍵，是如何寫出比較好的反映非線性器件特性的數(shù)學(xué)表示式。由于不同的非線性元器