非线性电子线路的基本概念

1、2.2 非线性电子线路的基本概念非线性电子线路在无线电发送与接收设备中具有重要作用，主要用来对输入信号进行处理，以便产生特定波形与频谱的输出信号。一般说来，它与原输入信号波形、频谱不同。随着科学技术的发展，它们也越来越多地被其它各种电子设备所采用。为了对非线性电子线路工作原理有一个基本概念，先对非线性电路的基本特性进行讨论。 线性与非线性电路 全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路称为线性电路，电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态的，则称为非线性电路。非线性元器件与线性元器件主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，且其值与外加电压或通过的电流大小有关。

2、各种二极管、晶体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性元件。图2-12作出了线性电阻器和非线性电阻器的伏安特性曲线，由图2-12（a）可见，线性电阻器的伏安特性是一条通过坐标原点的直线，即流过电阻器的电流与加在电阻器两端的电压成正比，所以它的特性可用斜率（电导）或它的倒数（电阻）来表示，其值为常数。由图2-12（b）可见，非线性电阻器的伏安特性曲线是非线性的，即通过非线性电阻器的电流与加在其上的电压不成正比，它所呈现的电导值与外加电压或通过电流的大小有关。对于非线性元器件还必须引入一些其它参数（例如交流电导等），才能比较完整地反映它的特性。图2-12 线性

3、与非线性电阻器件伏安特性曲线（a）线性电阻器件 （b）非线性电阻器件 如果在非线性电阻器件两端加上直流工作点电压，和幅度较大的正弦交流电压，通过该器件的电流波形如图2-13所示为一非正弦波，用傅里叶级数可将分解为直流、基波和各次谐波分量，可见输出电流中出现了原有信号中没有的频率分量，即非线性器件可产生新的频率分量。如作用于非线性器件上的交流电压很小，电压、电流的波形如图2-13中、所示，接近于正弦波，这就是说，当作用信号很小，工作点取得适当时，对信号而言，非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如二极管、晶体三极管在小信号作用下、在直流工作点处可近似作为线性器件，线性电子电路的分析正

4、是以这点为基础的。 图2-13 非线性器件在不同正弦电压作用下的电流波形 非线性电路的基本特点 当多个信号同时激励线性电路时，各个激励信号在通过线性电路时是互不相干的，可以分别计算每个信号单独激励时的响应，然后将这些响应相加就是总的响应。这就是分析线性电路行之有效的叠加定理。但对非线性电路，由于激励与响应之间的关系不再是线性的，故叠加定理就不再适用了。若设非线性器件特性为 （2-39）式中，为常数。在非线性器件上同时作用两个交流电压和时，则由式（2-39）可得 2 （2-40）若用叠加定理，求得 （2-41）显然式（2-40）和式（2-41）不相等，在式（2-40）中增加了一项由两个电压相乘而

5、产生的电流。正由于出现了两个电压的相乘项，才使非线性电子线路只有更多的电路功能。 如令，将它们代入式（2-40）中，则得 （2-42） 由式（2-42）可见，输出电流中除了直流成分外，还产生了两个频率的二次谐波分量、，以及两个频率的和、差分量。这些都是输入信号中所没有的，说明非线性器件能够产生新的频率分量，具有频率变换作用。 综上所述，由非线性器件构成的非线性电路有以下基本特点： （1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换作用； （2）非线性电路分析上不适用叠加定理： （3）当作用信号很小，工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。 非线性电路可采用图解法和解析法来进行分析，但在实际电路中，常采用工程近似解析法。工程近似解析法的精度虽比较差，但它有助于了解电路工作的物理过程，并能对电路性能作出粗略的估算。所谓工程近似解析法，就是根据工程实际情况，对器件的数学模型和电路工作条件进行合理的近似，列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压，获得具有实用意义的结果。 工程近似解析法的关键，是如何写出比较好的反映非线性器件特性的数学表示式。由于不同的非线性元器