课件：非线性器件描述及应用.ppt

2 1概述 无线电元件 线性元件 时变参量元件 非线性元件 元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关 元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压有关 元件参数按照一定规律随时间变化 不同的元件对应于不同的电子线路 1 线性电子线路 2 非线性电子线路 3 时变参量电路 2 1概述 图2 1 1串联电路 线性电路时 描述线性电路 时变参量电路和非线性电路的方程式分别是常系数线性微分方程 变系数线性微分方程和非线性微分方程 时变参量电路时 非线性电路时 2 1概述 在无线电工程技术中 较多的场合并不用解非线性微分方程的方法来分析非线性电路 而是采用工程上适用的一些近似分析方法 这些方法大致分为图解法和解析法两类 所谓图解法 就是根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形 通过作图直接求出电路中的电流和电压波形 所谓解析法 就是借助于非线性元件特性曲线的数学表示式列出电路方程 从而解得电路中的电流和电压 2 1高频电路中的元件 器件和组件 2 1 1高频电路中的元器件各种高频电路基本上是由有源器件 无源元件和无源网络组成的 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同 但要注意它们在高频使用时的高频特性 高频电路中的元件主要是电阻 器 电容 器 和电感 器 它们都属于无源的线性元件 1 高频电路中的元件 1 电阻 一个实际的电阻器 在低频时主要表现为电阻特性 但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面 而且还表现有电抗特性的一面 电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性 2 1高频电路中的元件 器件和组件 一个电阻R的高频等效电路如图2 1所示 其中 CR为分布电容 LR为引线电感 R为电阻 图2 1电阻的高频等效电路 2 1高频电路中的元件 器件和组件 2 电容 由介质隔开的两导体即构成电容 一个电容器的等效电路如图2 2 a 所示 理想电容器的阻抗1 j C 如图2 2 b 虚线所示 其中 f为工作频率 2 f 图2 2电容器的高频等效电路 a 电容器的等效电路 b 电容器的阻抗特性 2 1高频电路中的元件 器件和组件 3 电感 高频电感器与普通电感器一样 电感量是其主要参数 电感量L产生的感抗为j L 其中 为工作角频率 高频电感器也具有自身谐振频率SRF 在SRF上 高频电感的阻抗的幅值最大 而相角为零 如图2 3所示 图2 3高频电感器的自身谐振频率SRF 2 1高频电路中的元件 器件和组件 2 高频电路中的有源器件用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同 1 二极管 半导体二极管在高频中主要用于检波 调制 解调及混频等非线性变换电路中 工作在低电平 2 晶体管与场效应管 FET 在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管 这些管子比用于低频的管子性能更好 在外形结构方面也有所不同 高频晶体管有两大类型 一类是作小信号放大的高频小功率管 对它们的主要要求是高增益和低噪声 另一类为高频功率放大管 除了增益外 要求其在高频有较大的输出功率 2 1高频电路中的元件 器件和组件 3 集成电路 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多 主要分为通用型和专用型两种 2 1 2高频电路中的组件高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡 谐振 回路 高频变压器 谐振器与滤波器等 它们完成信号的传输 频率选择及阻抗变换等功能 2 2非线性元件的工作特性 图2 2 1线性电阻的伏安特性曲线 图2 2 2半导体二极管的伏安特性曲线 与线性电阻不同 非线性电阻的伏安特性曲线不是直线 2 2非线性元件的频率变换作用 图2 2 4线性电阻上的电压与电流波形 图2 2 5正弦电压作用于二极管产生非正弦周期电流 输出电流与输入电压相比 波形不同 周期相同 可知 电流中包含电压中没有的频率成分 2 2非线性元件的频率变换作用 2020 1 26 13 可编辑 2 2 2非线性元件的频率变换作用 假设传输特性 设 直流分量 基波分量和谐波分量 组合频率分量 非线性 具有频率变换作用 2 2 2非线性元件的频率变换作用 设非线性电阻的伏安特性曲线具有抛物线形状 即 K为常数 半导体二极管 2 2 2非线性元件的频率变换作用 谐波分量 组合频率分量 非线性 具有频率变换作用 例已知某器件的伏安特性为 求电流i中的频谱成分 化简转化求得 i中的频谱有 直流 100Hz 200Hz 300Hz 400Hz 500Hz 600Hz P502 12 2 2 2 3非线性电路不满足叠加原理 叠加原理是分析线性电路的重要基础 根据叠加原理 任何复杂的输入信号均可以首先分解为若干个基本信号 例如正弦信号 然后求出电路对每个基本信号单独作用时的响应 最后 将这些响应叠加起来 即可得到总的响应 2 3 1线性时变参量电路分析法 线性时变电路 指电路元件的参数不是恒定不变的 而是按一定规律随时间变化 且这种变化与元件的电流或电压无关 v v1 v2 i f v 在 VQ v1 关于v2的泰勒级数展开式 即 v1相对于v2很小 若v2足