电路原理2-非线性电阻

电路原理2-非线性电阻本文概述了电路原理中的线性与非线性电阻区别 重点介绍了非线性元件如隧道二极管 充气二极管等在电路中的作用

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前言:整理笔记基于清华大学于歆杰老师的《电路原理》,电路原理是基于无源负载和电源组成电路的分析方法。

1.非线性元件(从伏安特性曲线看电阻)

隧道二极管(N型电阻,压控型电阻)

充气二极管(S型电阻,流控型电阻)

整流二极管(指数型电阻,即可看作压控型电阻又可看作流控型电阻)

电路原理2-非线性电阻

电路原理2-非线性电阻

线性电阻与非线性电阻的区别:

a) 线性电阻满足叠加性,非线性电阻不满足叠加性

b) 非线性电阻能产生与输入信号不同的频率(变频作用)

c) 非线性电阻激励的工作范围充分小时,可用工作点处的线性电阻来近似(小信号模型)

小结:线性元件—分压、分流、滤波等作用

          非线性元件—整流、稳压、放大、振荡、变频、开关等作用

补充:KCL和KVL适用于线性和非线性电路

          回路电流法和结点电压法适用于线性和非线性电路

          叠加定理适用于线性电路

          戴维南和诺顿定理适用于线性电路

2.非线性电阻电路的求解方法

电路原理2-非线性电阻

A)解析法

电路原理2-非线性电阻

步骤:

利用所有非线性元件的特性、KCL和KVL列写并求解电路方程。对于非线性电阻为压控型电阻宜采用结点电压法;对于非线性电阻为流控型电阻宜采用回路电流法。

优点:能求出精确解。

缺点:列写方程比较麻烦,求解方程比较困难。

B)图解法(求Q点)

电路原理2-非线性电阻

步骤:

1)非线性元件外的线性电路进行戴维南等效

2)在同一幅图中画出戴维南电路和非线性元件的u-i关系,其交点即非线性电路的电压和电流(Q点)

优点:简单直观,物理意义明确清晰

缺点:精度较低,适宜求解只在一个端口上含有一个非线性电阻的电路

C)分段线性法

二极管的分段线性模型如下, 根据二极管导通电压和静态电阻是否可忽略,确定不同模型及其对应条件。

电路原理2-非线性电阻

步骤:

1)将非线性元件根据精度的需要划分为若干段,每段中用线性元件来建模

2)确定模型和条件

3)假设非线性元件位于某一段,将模型带入,检验条件是否满足

优点:线性模型的求解比较方便

缺点:

1)精度上有牺牲

2)非线性元件多的时候需要求解的线性电路数量大大增加

D)小信号法

本质:泰勒级数展开  𝑦=𝑦0+Δ𝑦=𝑓(𝑥0)+𝑓′(𝑥0)∗Δ𝑥

电路原理2-非线性电阻

电路原理2-非线性电阻

用小信号求解非线性电阻电路步骤:

1)求解直流偏置激励作用下的非线性电阻电路(求Q点)

2)画线性小信号电路,求解得到小信号响应(拓扑结构相同,元件换为小信号模型)

3)将两部分激励作用下电路的响应合为电路的全响应

优点:小信号模型的求解比较方便,精度较高

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