電路分析（第4版）課件 【ch12】非線性電路基礎(chǔ)

電路分析（第4版）普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材電子電氣基礎(chǔ)課程系列教材非線性電路基礎(chǔ)第十二章非線性元件01一、非線性元件由圖12-1(b)可見(jiàn)，這類(lèi)非線性電阻的伏安特性曲線是單調(diào)增長(zhǎng)或單調(diào)下降的，即其具有單調(diào)性，稱(chēng)這類(lèi)非線性電阻元件為單調(diào)型電阻。它既可以用電流i作為自變量又可以用電壓u作為自變量，即其伏安特性可以表示為非線性電阻01一、非線性元件由圖12-1(c)所示電阻元件的伏安特性曲線可見(jiàn)，流過(guò)該電阻元件的每一個(gè)電流對(duì)應(yīng)于一個(gè)確定的電壓值，但是，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)電壓，電流可能是多個(gè)值。為了保證函數(shù)的單值性，稱(chēng)這類(lèi)非線性電阻元件為電流控制型電阻。它的伏安特性?xún)H可表示為非線性電阻01一、非線性元件在圖12-1(d)所示電阻元件的伏安特性曲線上，對(duì)應(yīng)于該電阻元件兩端的電壓值，有且僅有一個(gè)電流值與之對(duì)應(yīng)，但是，對(duì)應(yīng)于同一個(gè)電流，電壓可能是多個(gè)值。稱(chēng)這類(lèi)非線性電阻元件為電壓控制型電阻。它的伏安特性?xún)H可表示為非線性電阻01一、非線性元件如圖12-2所示，將非線性電阻元件在某一工作狀態(tài)下的靜態(tài)電阻定義為該點(diǎn)的電壓與電流之比非線性電阻元件在某一工作點(diǎn)Q的動(dòng)態(tài)電阻，為該點(diǎn)的電壓對(duì)電流的導(dǎo)數(shù)，即可見(jiàn)，無(wú)論是靜態(tài)電阻還是動(dòng)態(tài)電阻，都與電路工作狀態(tài)有關(guān)。非線性電阻01一、非線性元件若非線性電容的庫(kù)伏特性是單調(diào)增長(zhǎng)或單調(diào)下降的，其具有單調(diào)性，則稱(chēng)這類(lèi)非線性電容元件為單調(diào)型電容，其庫(kù)伏特性可以表示為當(dāng)電容元件的庫(kù)伏特性?xún)H表示為電容的電荷是其端電壓的單值函數(shù)時(shí)，稱(chēng)這類(lèi)非線性電容元件為電壓控制型電容，它的庫(kù)伏特性?xún)H可以表示為非線性電容02一、非線性元件當(dāng)電容元件的庫(kù)伏特性?xún)H表示為電容的端電壓是其電荷的單值函數(shù)時(shí)，稱(chēng)這類(lèi)非線性電容元件為電荷控制型電容，它的庫(kù)伏特性?xún)H可以表示為與非線性電阻類(lèi)似，非線性電容元件同樣具有靜態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電容的概念，如圖12-3所示。非線性電容02一、非線性元件靜態(tài)電容C定義為非線性電容在某一工作點(diǎn)Q上的電荷與電壓之比；動(dòng)態(tài)電容Cd定義為非線性電容在某一工作點(diǎn)Q上的電荷對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)，動(dòng)態(tài)電容Cd又稱(chēng)為增量電容。有在關(guān)聯(lián)參考方向下，通過(guò)電容的電流非線性電容02一、非線性元件若非線性電感的韋安特性是單調(diào)增長(zhǎng)或單調(diào)下降的，則稱(chēng)這類(lèi)非線性電感元件為單調(diào)型電感，其韋安特性可以表示為當(dāng)電感元件的韋安特性?xún)H表示為電感的磁鏈?zhǔn)橇鬟^(guò)其電流的單值函數(shù)時(shí)，稱(chēng)這類(lèi)非線性電感元件為電流控制型電感，它的韋安特性?xún)H可以表示為非線性電感03一、非線性元件當(dāng)電感元件的韋安特性?xún)H表示為流過(guò)電感的電流是其磁鏈的單值函數(shù)時(shí)，稱(chēng)這類(lèi)非線性電感元件為磁鏈控制型電感，它的韋安特性?xún)H可以表示為與非線性電阻、非線性電容類(lèi)似，非線性電感元件同樣具有靜態(tài)電感L和動(dòng)態(tài)電感Ld之分，如圖12-4(b)所示。有非線性電感03一、非線性元件圖12-4(c)所示為電子技術(shù)中常使用的鐵心、磁心電感的ψ-i特性，通常稱(chēng)為磁滯回線，其既非流控又非磁控，曲線對(duì)I、ψ都是多值函數(shù)。在關(guān)聯(lián)參考方向下，電感的端電壓非線性電感03含非線性電阻電路的分析02二、含非線性電阻電路的分析含一個(gè)非線性元件的電路01設(shè)非線性電阻的伏安特性為與線性一端口的端口伏安特性聯(lián)立求解。即圖12-5(c)所示曲線的交點(diǎn)Q就是所求的解，Q點(diǎn)就是非線性元件的靜態(tài)工作點(diǎn)。稱(chēng)斜率為-1/R0的直線為負(fù)載線。求得工作點(diǎn)電壓UQ、電流IQ后，利用替代定理就可求得線性部分電路中各支路的電壓和電流。二、含非線性電阻電路的分析非線性電阻的串、并聯(lián)021.非線性電阻的串聯(lián)圖12-6所示為兩個(gè)非線性電阻的串聯(lián)支路，由KCL及KVL有設(shè)非線性電阻為單調(diào)型或流控型，元件的伏安特性可表示為則兩電阻串聯(lián)后滿足二、含非線性電阻電路的分析非線性電阻的串、并聯(lián)022.非線性電阻的并聯(lián)圖12-7所示為兩個(gè)非線性電阻的并聯(lián)，由KCL及KVL有設(shè)非線性電阻為單調(diào)型或壓控型，元件的伏安特性可表示為則兩電阻并聯(lián)后滿足二、含非線性電阻電路的分析分段線性化03對(duì)圖12-9(a)所示的非線性電阻的伏安特性曲線，可近似用三段直線段來(lái)代替，則在每一直線段區(qū)域里，就可用線性電路等效，得到非線性電路的近似解析解。如圖12-9(a)所示，在0<i<IB區(qū)間，曲線段AB可近似用斜率為1/RAB的直線段AB代替，該直線方程為二、含非線性電阻電路的分析分段線性化03在IB<i<Ic區(qū)間，曲線段BC可近似用u軸截距為UBC、斜率為負(fù)1/RBC的直線段BC代替，該直線方程為其等效為一線性電壓源串聯(lián)一個(gè)負(fù)電阻支路，電壓源的大小為直線在u軸上的截距UBC，負(fù)電阻的阻值為直線斜率的倒數(shù)，如圖12-9(c)所示。二、含非線性電阻電路的分析分段線性化03同理，在i>Ic區(qū)間，曲線段CD可近似用u軸截距為UCD、斜率為1/RCD的直線段CD代替，該直線方程為其可等效為一線性含源支路，如圖12-9(d)所示。二、含非線性電阻電路的分析小信號(hào)分析法04如果電路中信號(hào)變化幅度很小，則可圍繞某一工作點(diǎn)來(lái)建立一個(gè)局部的近似線性模型，從而把非線性電路轉(zhuǎn)化為線性電路來(lái)分析計(jì)算。這是在電子電路中用來(lái)分析非線性電路的重要方法之一，稱(chēng)為小信號(hào)分析法，又稱(chēng)局部線性化近似法。二、含非線性電阻電路的分析小信號(hào)分析法