非線性器件描述及應(yīng)用

非線性器件描述及應(yīng)用第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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。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)，2022年，8月28日

2.1高頻電路中的元件、器件和組件

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)，2022年，8月28日

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

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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)，2022年，8月28日

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

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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型:一類是作小信號(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)，2022年，8月28日

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用型兩種。

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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，8月28日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)，2022年，