非線性元件的特性

1、封面4.2 非線性元件的特性返回主頁非線性元件的特性結(jié)束1、非線性元件的工作特性2、非線性元件的頻率變換作用3、非線性電路不滿足疊加原理返回本 節(jié) 學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn) 和 要 求一、非線性元件的工作特性4.2非線性元件的特性 通過元件的電流i與元件兩端的電壓v成正比，即R=v / i則此元件稱為線性元件。1、線性元件（如電阻）線性電阻的伏安特性曲線繼續(xù)本頁完Ovi 其伏安特性曲線為通過原點(diǎn)的直線。R=1tan 由伏安特性曲線知電阻R的幾何意義為： 顯然，在曲線上不同的點(diǎn)，得出的直流電阻是不相同的，這是非線性元件的特點(diǎn)。2、非線性元件半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線繼續(xù)本頁完Ovi=1tan (1)非線性

2、元件的直流電阻RR=V0I0QV0I0V0I0一、非線性元件的工作特性4.2非線性元件的特性 幾何意義為：Q點(diǎn)與O點(diǎn)間割線斜率的倒數(shù)。半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線繼續(xù)本頁完Ovi (2)Q點(diǎn)的動態(tài)電阻r(交流電阻)V0I0V0I0=1tanr =lim=vidvdiv0 顯然，曲線上不同的點(diǎn)，其動態(tài)電阻r的大小是不一樣的。Q2、非線性元件一、非線性元件的工作特性4.2非線性元件的特性 幾何意義為： Q點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)。 在Q點(diǎn)附近取v與i的比值，并令v趨于0時比值的極限稱為Q點(diǎn)的交流電阻。=1tan (1)非線性元件的直流電阻RR=V0I0繼續(xù)半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線OviQV0I0隧道二極管

3、的伏安特性曲線本頁完Qiv 隧道二極管在某些區(qū)域上的動態(tài)電阻為負(fù)值，即r0時， i0，顯然動態(tài)電阻為負(fù)值。二、非線性元件的頻率變換繼續(xù)本頁完 對于線性電阻元件，當(dāng)加上一個正弦波電壓時，在其上產(chǎn)生一個頻率和相位均相同的正弦波電流。OvivtOOit 數(shù)學(xué)驗(yàn)證： 結(jié)論：線性元件是不能產(chǎn)生新的頻率的正弦波。也就是說線性元件沒有頻率變換作用。 若 v=Vomsint 則 i=kVomsint圖解 因?yàn)?i=kv4.2非線性元件的特性 因?yàn)槎O管的伏安特性曲線為非線性，當(dāng)在二極管兩端輸入一個正弦波電壓時，通過二極管的電流卻是非正弦的（但仍是周期性變化的）。 通過傅立葉級數(shù)展開，可以發(fā)現(xiàn)它的頻譜中除包含原

4、有頻率的正弦波外（稱為基波），還新產(chǎn)生了原頻率的各次諧波和直流成份（可參考模電知識中的半波整流內(nèi)容）。 因此可以說，半導(dǎo)體二極管具有頻率變換能力。二、非線性元件的頻率變換4.2非線性元件的特性1、二極管的頻率變換原理繼續(xù)本頁完vtOOitOvi (1)二極管的伏安特性曲線為非線性。 (2)當(dāng)在二極管兩端輸入一個正弦波電壓時。 (3)通過二極管的電流卻是非正弦的（但仍是周期性變化的）。繼續(xù)本頁完 器件的伏安特性(令k為常數(shù)) 把v式代入i式得 2、拋物波形狀伏安特性曲線的頻率變換 i=kv2 在器件輸入端用疊加方式輸入兩個正弦電壓v1v2ivv1=V1msin1tv2=V2msin2tv=v1+

5、v2=V1msin1t +V2msin2ti=k(V1msin1t +V2msin2t )2 把上式展開并通過三角恒等式變換和整理得i=(k/2)(V 21m+V22m)-kV1mV2mcos(1+2)t+kV 1mV2mcos(1-2)t-(k/2)V21mcos21t-(k/2)V22mcos22t 此時產(chǎn)生了四個新的頻率及直流成份的電流，本器件起到了頻率變換的作用。12二、非線性元件的頻率變換4.2非線性元件的特性三、非線性電路不滿足疊加原理繼續(xù)本頁完 非線性電路是不能使用疊加原理的。由拋物波形狀伏安特性曲線元件可以看出這一點(diǎn)。 每個正弦電壓在器件上產(chǎn)生的電流分量分別是v1v2ivi1= kv12 兩式比較顯然是很不相同的，說明此時疊加原理不能使用。 此時本器件產(chǎn)生了四個新的頻率和直流成份，本器件起到了頻率變換的作用。 i=kv2i2= kv22 若按電流疊加原理，總電流i=kV21msin21t +kV22msin22ti=(k/2)(V 21m+V22m)-kV1mV2mcos(1+2)t+kV 1mV2mcos(1-2)t-(k/2)V21mcos21t-(k/2)V22mcos22t124.2非線性元