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非線性器件描述及應(yīng)用第一頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.1概述無(wú)線電元件線性元件時(shí)變參量元件非線性元件:元件參數(shù)與通過(guò)元件的電流或施于其上的電壓無(wú)關(guān)。:元件參數(shù)與通過(guò)元件的電流或施于其上的電壓有關(guān)。:元件參數(shù)按照一定規(guī)律隨時(shí)間變化。不同的元件對(duì)應(yīng)于不同的電子線路:1、線性電子線路;2、非線性電子線路;3、時(shí)變參量電路。第二頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.1概述圖2.1.1串聯(lián)電路線性電路時(shí)
描述線性電路、時(shí)變參量電路和非線性電路的方程式分別是常系數(shù)線性微分方程、變系數(shù)線性微分方程和非線性微分方程。時(shí)變參量電路時(shí)非線性電路時(shí)第三頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.1概述
在無(wú)線電工程技術(shù)中,較多的場(chǎng)合并不用解非線性微分方程的方法來(lái)分析非線性電路,而是采用工程上適用的一些近似分析方法。這些方法大致分為圖解法和解析法兩類(lèi)。所謂圖解法,就是根據(jù)非線性元件的特性曲線和輸入信號(hào)波形,通過(guò)作圖直接求出電路中的電流和電壓波形。所謂解析法,就是借助于非線性元件特性曲線的數(shù)學(xué)表示式列出電路方程,從而解得電路中的電流和電壓。第四頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五
2.1高頻電路中的元件、器件和組件
2.1.1高頻電路中的元器件
各種高頻電路基本上是由有源器件、無(wú)源元件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同,但要注意它們?cè)诟哳l使用時(shí)的高頻特性。高頻電路中的元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器),它們都屬于無(wú)源的線性元件。
1.高頻電路中的元件
1)電阻
一個(gè)實(shí)際的電阻器,在低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性,
但在高頻使用時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面,而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面。電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性。第五頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五
2.1高頻電路中的元件、器件和組件
一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖2-1所示,其中,CR為分布電容,LR為引線電感,R為電阻。
圖2-1電阻的高頻等效電路
第六頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五
2)電容
由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。一個(gè)電容器的等效電路如圖2-2(a)所示。理想電容器的阻抗1/(jωC),如圖2-2(b)虛線所示,其中,f為工作頻率,ω=2πf。
圖2—2電容器的高頻等效電路(a)電容器的等效電路;(b)電容器的阻抗特性
2.1高頻電路中的元件、器件和組件
第七頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五
3)電感
高頻電感器與普通電感器一樣,電感量是其主要參數(shù)。電感量L產(chǎn)生的感抗為jωL,其中,ω為工作角頻率。高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF。在SRF上,高頻電感的阻抗的幅值最大,而相角為零,如圖2-3所示。
圖2-3高頻電感器的自身諧振頻率SRF
2.1高頻電路中的元件、器件和組件
第八頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五
2.1高頻電路中的元件、器件和組件
2.高頻電路中的有源器件
用于低頻或其它電子線路的器件沒(méi)有什么根本不同。1)二極管
半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中,工作在低電平。
2)晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管(FET)
在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)管,這些管子比用于低頻的管子性能更好,在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。高頻晶體管有兩大類(lèi)型:一類(lèi)是作小信號(hào)放大的高頻小功率管,對(duì)它們的主要要求是高增益和低噪聲;另一類(lèi)為高頻功率放大管,除了增益外,要求其在高頻有較大的輸出功率。第九頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五
2.1高頻電路中的元件、器件和組件
3)集成電路
用于高頻的集成電路的類(lèi)型和品種要比用于低頻的集成電路少得多,主要分為通用型和專(zhuān)用型兩種。
2.1.2高頻電路中的組件
高頻電路中的無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)主要有高頻振蕩(諧振)回路、高頻變壓器、諧振器與濾波器等,它們完成信號(hào)的傳輸、頻率選擇及阻抗變換等功能。
第十頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2非線性元件的工作特性圖2.2.1線性電阻的伏安特性曲線圖2.2.2半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線
與線性電阻不同,非線性電阻的伏安特性曲線不是直線。第十一頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2非線性元件的頻率變換作用圖2.2.4線性電阻上的電壓與電流波形圖2.2.5正弦電壓作用于二極管產(chǎn)生非正弦周期電流
輸出電流與輸入電壓相比,波形不同,周期相同??芍娏髦邪妷褐袥](méi)有的頻率成分。第十二頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2非線性元件的頻率變換作用第十三頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2.2非線性元件的頻率變換作用假設(shè)傳輸特性
設(shè):則中有:
直流分量;
基波分量和諧波分量:組合頻率分量:“非線性”具有頻率變換作用。第十四頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2.2非線性元件的頻率變換作用i+-+-R設(shè)非線性電阻的伏安特性曲線具有拋物線形狀,即:(K為常數(shù))半導(dǎo)體二極管第十五頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2.2非線性元件的頻率變換作用i+-+-R則中有:諧波分量:組合頻率分量:“非線性”具有頻率變換作用。第十六頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五第十七頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五例已知某器件的伏安特性為,求電流i中的頻譜成分。
化簡(jiǎn)轉(zhuǎn)化求得,i中的頻譜有:直流,100Hz,200Hz,300Hz,400Hz,500Hz,600Hz.P502-12-2第十八頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.2.3非線性電路不滿足疊加原理疊加原理是分析線性電路的重要基礎(chǔ)。根據(jù)疊加原理,任何復(fù)雜的輸入信號(hào)均可以首先分解為若干個(gè)基本信號(hào)(例如正弦信號(hào)),然后求出電路對(duì)每個(gè)基本信號(hào)單獨(dú)作用時(shí)的響應(yīng),最后,將這些響應(yīng)疊加起來(lái),即可得到總的響應(yīng)。第十九頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,星期五2.3.1線性時(shí)變參量電路分析法
線性時(shí)變電路:指電路元件的參數(shù)不是恒定不變的,而是按一定規(guī)律隨時(shí)間變化,且這種變化與元件的電流或電壓無(wú)關(guān)。
v=v1+v2
i=f(v)在(VQ+v1)關(guān)于v2的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式,即v1相對(duì)于v2很小若v2足夠小,可以忽略上式中v2的二次方及其以上各次方項(xiàng),則該式可簡(jiǎn)化為i=f(VQ+v2)
+f’(VQ+v2)
v1線性時(shí)變第二十頁(yè),共二十五頁(yè),編輯于2023年,
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