非線性器件描述及應(yīng)用

1、非線性器件描述及應(yīng)用第1頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 概述無線電元件線性元件時變參量元件非線性元件：元件參數(shù)與通過元件的電流或施于其上的電壓無關(guān)。：元件參數(shù)與通過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)律隨時間變化。不同的元件對應(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、時變參量電路。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 概述圖2.1.1 串聯(lián)電路線性電路時 描述線性電路、時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。時變參量電路時非線性電路時第3頁，共

2、25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 概述在無線電工程技術(shù)中，較多的場合并不用解非線性微分方程的方法來分析非線性電路，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波形，通過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)學表示式列出電路方程，從而解得電路中的電流和電壓。第4頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 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、無源元件和無源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件

3、與在低頻電路中使用的元器件基本相同,但要注意它們在高頻使用時的高頻特性。高頻電路中的元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器),它們都屬于無源的線性元件。 1高頻電路中的元件 1） 電阻 一個實際的電阻器, 在低頻時主要表現(xiàn)為電阻特性, 但在高頻使用時不僅表現(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5頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 高頻電路中的元件、器件和組件 一個電阻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 第6頁，共25頁，2022

4、年，5月20日，3點36分，星期四 2） 電容 由介質(zhì)隔開的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。一個電容器的等效電路如圖2-2（a）所示。理想電容器的阻抗1/(jC), 如圖2-2（b）虛線所示,其中,f為工作頻率,=2f。 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7頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四 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jL,其中,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

5、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 第8頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 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:一類是作小信號放大的高頻小功率管,對它們的主要要求是高增益和低噪聲; 另一

6、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9頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.1 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 高頻電路中的無源組件或無源網(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, 它們完成信號的傳輸、頻率選擇及阻抗變換等功能。 第10頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.2 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

7、與線性電阻不同，非線性電阻的伏安特性曲線不是直線。第11頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.2 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?，電流中包含電壓中沒有的頻率成分。第12頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.2 非線性元件的頻率變換作用第13頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.2.2 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

8、有頻率變換作用。第14頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四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15頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四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16頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四第17頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四例 已知某器件的伏安特性為,求電流i中的頻譜成分。 化簡轉(zhuǎn)化求得，i中的頻譜有：直流， 100Hz,200Hz,300Hz,400H

9、z,500Hz,600Hz.P50 2-1 2-2第18頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.2.3 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)雜的輸入信號均可以首先分解為若干個基本信號（例如正弦信號），然后求出電路對每個基本信號單獨作用時的響應(yīng)，最后，將這些響應(yīng)疊加起來，即可得到總的響應(yīng)。第19頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.3.1 線性時變參量電路分析法 線性時變電路：指電路元件的參數(shù)不是恒定不變的，而是按一定規(guī)律隨時間變化，且這種變化與元件的電流或電壓無關(guān)。 v = v1+v2if(v ) 在(VQ+ v1)關(guān)于v2的泰勒級數(shù)展開式，即v1相對于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，則該式可簡化為i = f (VQ+ v2) + f (VQ+ v2) v1線性時變第20頁，共25頁，2022年，5月20日，3點36分，星期四2.3.1 線性時變參量電路分析法0n最高次數(shù)為3的多項式的頻譜結(jié)構(gòu)圖第21頁，