簡(jiǎn)單非線性電阻電路分析ppt課件

1、24 簡(jiǎn)單非線性電阻電路分析簡(jiǎn)單非線性電阻電路分析 在獨(dú)立電源和電阻元件構(gòu)成的電阻電路中，由獨(dú)立電在獨(dú)立電源和電阻元件構(gòu)成的電阻電路中，由獨(dú)立電源和線性電阻元件構(gòu)成的電阻電路，稱為線性電阻電路，源和線性電阻元件構(gòu)成的電阻電路，稱為線性電阻電路，否那么稱為非線性電阻電路。否那么稱為非線性電阻電路。 分析非線性電阻電路的根本根據(jù)依然是分析非線性電阻電路的根本根據(jù)依然是 KCL、KVL 和元件的和元件的VCR。 利用網(wǎng)絡(luò)等效的概念可以將比較復(fù)雜的非線性電阻電利用網(wǎng)絡(luò)等效的概念可以將比較復(fù)雜的非線性電阻電路變?yōu)楸容^簡(jiǎn)單的非線性電阻電路來(lái)進(jìn)展分析，本書只討路變?yōu)楸容^簡(jiǎn)單的非線性電阻電路來(lái)進(jìn)展分析，本書只

2、討論簡(jiǎn)單非線性電阻電路的分析論簡(jiǎn)單非線性電阻電路的分析,為學(xué)習(xí)電子電路打下根底。為學(xué)習(xí)電子電路打下根底。 一、非線性電阻元件一、非線性電阻元件 電壓電流特性曲線為經(jīng)過電壓電流特性曲線為經(jīng)過u-i平面坐標(biāo)原點(diǎn)直線的二端平面坐標(biāo)原點(diǎn)直線的二端電阻，稱為線性電阻；否那么稱為非線性電阻。按照非線電阻，稱為線性電阻；否那么稱為非線性電阻。按照非線性電阻特性曲線的特點(diǎn)可以將它們進(jìn)展分類。其電壓是電性電阻特性曲線的特點(diǎn)可以將它們進(jìn)展分類。其電壓是電流的單值函數(shù)的電阻，稱為流控電阻，用流的單值函數(shù)的電阻，稱為流控電阻，用u=f(i)表示；其電表示；其電流是電壓的單值函數(shù)的電阻，稱為壓控電阻，用流是電壓的單值函

3、數(shù)的電阻，稱為壓控電阻，用i=g(u)表表示。示。 本節(jié)先引見常用非線性電阻元件的電壓電流關(guān)系，再本節(jié)先引見常用非線性電阻元件的電壓電流關(guān)系，再討論非線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)的電壓電流關(guān)系曲線，最后討論討論非線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)的電壓電流關(guān)系曲線，最后討論含一個(gè)非線性電阻元件的電路分析方法。含一個(gè)非線性電阻元件的電路分析方法。 圖圖228 圖圖228(a)所示隧道二極管是壓控電阻，圖所示隧道二極管是壓控電阻，圖228(b)所示氖燈是流控電阻，圖所示氖燈是流控電阻，圖228(c)所示普通二極管既是壓所示普通二極管既是壓控電阻，又是流控電阻控電阻，又是流控電阻,而圖而圖228(d)所示理想二極管既不所示理想二

4、極管既不是流控電阻，又不是壓控電阻。是流控電阻，又不是壓控電阻。 其特性曲線對(duì)稱于原點(diǎn)的電阻，稱為雙向電阻；否那其特性曲線對(duì)稱于原點(diǎn)的電阻，稱為雙向電阻；否那么稱為單向電阻。圖么稱為單向電阻。圖(b)所示氖燈是雙向電阻，圖所示氖燈是雙向電阻，圖(a)、(c)、(d)所示隧道二極管、普通二極管和理想二極管都是單向電所示隧道二極管、普通二極管和理想二極管都是單向電阻。單向性的電阻器件在運(yùn)用時(shí)必需留意它的正、負(fù)極性，阻。單向性的電阻器件在運(yùn)用時(shí)必需留意它的正、負(fù)極性，不能恣意交換運(yùn)用。不能恣意交換運(yùn)用。圖圖228 也就是說(shuō)，在也就是說(shuō)，在u0 (稱為正向偏置稱為正向偏置)時(shí)，它相當(dāng)于短路時(shí)，它相當(dāng)于

5、短路(u=0)，電阻為零，它好似一個(gè)閉合的開關(guān)；在，電阻為零，它好似一個(gè)閉合的開關(guān)；在u0u0時(shí)，理想二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于短路，特性曲線與時(shí)，理想二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于短路，特性曲線與電阻特性一樣；當(dāng)電阻特性一樣；當(dāng)u0u0時(shí)，理想二極管相當(dāng)于開路，串聯(lián)單時(shí)，理想二極管相當(dāng)于開路，串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于開路?？诰W(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于開路。例例215用圖解法求圖用圖解法求圖231(a)線性電阻和電壓源串聯(lián)單口線性電阻和電壓源串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)的VCR特性曲線。特性曲線。 圖圖231解：在平面上畫出線性電阻和電壓源解：在平面上畫出線性電阻和電壓源uS的特性曲線，分別如的特性曲線，分別如圖圖231(b)中的曲線和所示。將

6、同一電流下曲線和的中的曲線和所示。將同一電流下曲線和的橫坐標(biāo)相加，得到圖橫坐標(biāo)相加，得到圖231(a)所示單口的所示單口的VCR特性曲線，如特性曲線，如圖中曲線所示。假設(shè)改動(dòng)電流參考方向，即對(duì)單口網(wǎng)絡(luò)采圖中曲線所示。假設(shè)改動(dòng)電流參考方向，即對(duì)單口網(wǎng)絡(luò)采用非關(guān)聯(lián)參考方向，如圖用非關(guān)聯(lián)參考方向，如圖231(c)所示，相應(yīng)的特性曲線如圖所示，相應(yīng)的特性曲線如圖231(d)所示，它是經(jīng)過所示，它是經(jīng)過(uS,0)和和(0, uS/R)兩點(diǎn)的一條直線兩點(diǎn)的一條直線,是是表示單口網(wǎng)絡(luò)外特性的一條直線。表示單口網(wǎng)絡(luò)外特性的一條直線。 例例216 用圖解法求圖用圖解法求圖2-32(a)所示電阻單口網(wǎng)絡(luò)的所示電

7、阻單口網(wǎng)絡(luò)的VCR特性特性曲線。曲線。 解：先在平面上畫出理想二極管電阻和電壓源串聯(lián)的解：先在平面上畫出理想二極管電阻和電壓源串聯(lián)的VCR特特性曲線，如圖性曲線，如圖(b)所示。再畫出電阻和理想二極管串聯(lián)的所示。再畫出電阻和理想二極管串聯(lián)的VCR特性曲線，如圖特性曲線，如圖(c)所示。最后將以上兩條特性曲線的縱坐標(biāo)所示。最后將以上兩條特性曲線的縱坐標(biāo)相加，得到所求單口的相加，得到所求單口的VCR特性曲線，如圖特性曲線，如圖(d)所示。該曲線所示。該曲線闡明，當(dāng)闡明，當(dāng)u0時(shí)，時(shí)，D1開路，開路，D2短路，單口等效于一個(gè)短路，單口等效于一個(gè)3電阻；電阻；當(dāng)當(dāng)0u3V時(shí)，時(shí)， D1短路，短路， D

8、2開路，單口等效于開路，單口等效于 1電阻和電阻和3V電壓源的串聯(lián)。電壓源的串聯(lián)。 圖圖2-32在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。三、簡(jiǎn)單非線性電阻電路分析三、簡(jiǎn)單非線性電阻電路分析 對(duì)于只含一個(gè)非線性電阻元件的簡(jiǎn)單非線性電阻電路，對(duì)于只含一個(gè)非線性電阻元件的簡(jiǎn)單非線性電阻電路，如圖如圖233(a)所示，可以將銜接非線性電阻元件的含源線所示，可以將銜接非線性電阻元件的含源線性電阻端口網(wǎng)絡(luò)用戴維寧等效單口替代，得到如圖性電阻端口網(wǎng)絡(luò)用戴維寧等效單口替代，得到如圖233(b)所示一個(gè)線性電阻與非線性電阻串聯(lián)分壓電路，利用所示一個(gè)線性電阻與非線性電阻串聯(lián)分壓電路，利用KCL、KVL和元件和元

9、件VCR來(lái)求解電路中的電壓和電流。來(lái)求解電路中的電壓和電流。 圖圖233圖圖233 對(duì)圖對(duì)圖233 (b)所示電路列出含源線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)端所示電路列出含源線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)端口的電壓電流方程口的電壓電流方程(用負(fù)載電阻的電流作為變量用負(fù)載電阻的電流作為變量)和非線性和非線性電阻的電壓電流關(guān)系。電阻的電壓電流關(guān)系。 )(ocoifuuiRu解析法解析法:在知非線性電阻的電壓電流關(guān)系的解析式時(shí)，聯(lián)立在知非線性電阻的電壓電流關(guān)系的解析式時(shí)，聯(lián)立求解以上兩個(gè)方程可以得到非線性電阻的電壓和電流。求解以上兩個(gè)方程可以得到非線性電阻的電壓和電流。 圖圖233 )(ocoifuuiRu圖解法：在知非線性電阻的

10、電壓電流關(guān)系曲線時(shí)，可以畫圖解法：在知非線性電阻的電壓電流關(guān)系曲線時(shí)，可以畫出含源線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)在端口電壓、電流采用非關(guān)聯(lián)參出含源線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)在端口電壓、電流采用非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)的特性曲線，它是經(jīng)過考方向時(shí)的特性曲線，它是經(jīng)過uoc，0和和0，isc兩兩點(diǎn)的一條直線，由于負(fù)載電壓電流都要落在這條直線上，點(diǎn)的一條直線，由于負(fù)載電壓電流都要落在這條直線上，通常稱為負(fù)載線。負(fù)載線與非線性電阻特性曲線交點(diǎn)的電通常稱為負(fù)載線。負(fù)載線與非線性電阻特性曲線交點(diǎn)的電壓和電流即為所求，如圖壓和電流即為所求，如圖233(c)所示。所示。 例例217電路如圖電路如圖234(a)所示。知非線性電阻的所示。知非線

11、性電阻的VCR 方程為方程為i1= u2-2u+1，試求電壓，試求電壓u和電流和電流i。 解解 1:解析法解析法知非線性電阻特性的解析表達(dá)式，可以用解析法求解。非線知非線性電阻特性的解析表達(dá)式，可以用解析法求解。非線性電阻的性電阻的VCR方程為方程為 1221 uuii寫出電阻和電壓源串聯(lián)單口的寫出電阻和電壓源串聯(lián)單口的VCR方程方程ui 3圖圖234圖圖234由以上兩式求得由以上兩式求得 022 uu求解此二次方程，得到兩組解答：求解此二次方程，得到兩組解答： A4,V1A1,V2 iuiu1221 uuiiui 32圖解法圖解法 畫出非線性電阻特性曲線，如圖畫出非線性電阻特性曲線，如圖23

12、4(b)所示，經(jīng)所示，經(jīng)過過(3V,0)和和(0,3A)兩點(diǎn)作負(fù)載線，與非線性電阻特性曲線兩點(diǎn)作負(fù)載線，與非線性電阻特性曲線兩個(gè)交點(diǎn)的電壓電流與解析法得到的結(jié)果一樣。兩個(gè)交點(diǎn)的電壓電流與解析法得到的結(jié)果一樣。圖圖234 晶體管和集成電路需求直流電壓源來(lái)建立適當(dāng)?shù)木w管和集成電路需求直流電壓源來(lái)建立適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)點(diǎn)才干正常任務(wù)，很多電子設(shè)備都包含一個(gè)將交任務(wù)點(diǎn)才干正常任務(wù)，很多電子設(shè)備都包含一個(gè)將交流電變換為直流電的電路單元，這個(gè)電路單元由整流流電變換為直流電的電路單元，這個(gè)電路單元由整流電路和濾波電路兩部分組成。下面舉例闡明如何利用電路和濾波電路兩部分組成。下面舉例闡明如何利用半導(dǎo)體二極管將正弦交

13、流電變換為半波和全波整流波半導(dǎo)體二極管將正弦交流電變換為半波和全波整流波形。在第形。在第12章再引見如何利用低通濾波電路將半波和章再引見如何利用低通濾波電路將半波和全波整流波形變換為直流電壓波形。全波整流波形變換為直流電壓波形。 例例218 知知 ，求圖，求圖235(a)所示電路中電所示電路中電流的波形。流的波形。Vsin10)(Sttu 解解 ：1 解析法解析法 當(dāng)電源電壓為正的時(shí)候，理想二極管相當(dāng)于短路，此當(dāng)電源電壓為正的時(shí)候，理想二極管相當(dāng)于短路，此時(shí)電流為時(shí)電流為 0)( mAsin10)()(S utRtuti 當(dāng)電源電壓為負(fù)的時(shí)候，理想二極管相當(dāng)于開路，此當(dāng)電源電壓為負(fù)的時(shí)候，理想

14、二極管相當(dāng)于開路，此時(shí)電流為零，由此可以畫出圖時(shí)電流為零，由此可以畫出圖235(d)所示半波正弦波形。所示半波正弦波形。 圖圖235圖圖2352圖解法圖解法 畫出畫出1k 電阻與理想二極管串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)的特性曲線，如電阻與理想二極管串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)的特性曲線，如圖圖235(b)所示，畫出正弦電壓的波形，如圖所示，畫出正弦電壓的波形，如圖235(c)所示，所示，知某時(shí)辰電壓的瞬時(shí)值，采用投影的方法，找出該時(shí)辰電流知某時(shí)辰電壓的瞬時(shí)值，采用投影的方法，找出該時(shí)辰電流的瞬時(shí)值，可以畫出圖的瞬時(shí)值，可以畫出圖235(d)所示的波形，這是一個(gè)只需所示的波形，這是一個(gè)只需正半波正弦的波形，常稱為半波整流波形。知

15、電流波形，根正半波正弦的波形，常稱為半波整流波形。知電流波形，根據(jù)歐姆定律可以求得線性電阻的電壓波形。據(jù)歐姆定律可以求得線性電阻的電壓波形。 可以利用圖可以利用圖236(a)所示全波整流電路得到全波整所示全波整流電路得到全波整流波形。當(dāng)輸入正弦波為正時(shí)，二極管流波形。當(dāng)輸入正弦波為正時(shí)，二極管D1和和D4導(dǎo)通，導(dǎo)通，視為短路，二極管視為短路，二極管D2和和D3截止，視為開路，輸出電壓截止，視為開路，輸出電壓與輸入電壓一樣；當(dāng)輸入正弦波為負(fù)時(shí)，二極管與輸入電壓一樣；當(dāng)輸入正弦波為負(fù)時(shí)，二極管D1和和D4截止，視為開路，二極管截止，視為開路，二極管D2和和D3導(dǎo)通，視為短路，導(dǎo)通，視為短路，輸出電

16、壓與輸入電壓相位相反，由此得到圖輸出電壓與輸入電壓相位相反，由此得到圖236(b)所所示全波整流波形。示全波整流波形。 圖圖236在幻燈片放映時(shí)，請(qǐng)用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。根據(jù)教學(xué)需求，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊稱號(hào)的方法放映相關(guān)錄像。根據(jù)教學(xué)需求，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊稱號(hào)的方法放映相關(guān)錄像。 名名 稱稱時(shí)間時(shí)間 名名 稱稱時(shí)間時(shí)間1電阻分壓電路實(shí)驗(yàn)電阻分壓電路實(shí)驗(yàn)3:112雙電源電阻分壓電路雙電源電阻分壓電路1:263負(fù)電阻分壓電路負(fù)電阻分壓電路2:124可變電壓源可變電壓源3:305電阻三角形和星形結(jié)合電阻三角形和星形結(jié)合3:066普通萬(wàn)用表的普通萬(wàn)用表的VCRVCR曲線曲線2:257非線性電阻器件非線性電阻器件VCRVCR曲線曲線3:598線性與非線性分壓電路線性與非線