非线性器件描述及应用

非线性器件描述及应用第一页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.1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。第二页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.1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第三页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.1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。第四页，共二十五页，编辑于2023年，星期五

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。第五页，共二十五页，编辑于2023年，星期五

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

第六页，共二十五页，编辑于2023年，星期五

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/(jωC),如图2-2（b）虚线所示,其中,f为工作频率,ω=2πf。

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

第七页，共二十五页，编辑于2023年，星期五

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jωL,其中,ω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

第八页，共二十五页，编辑于2023年，星期五

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。第九页，共二十五页，编辑于2023年，星期五

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。

第十页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2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。第十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2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。第十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2非线性元件的频率变换作用第十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2.2非线性元件的频率变换作用假设传输特性

设：则中有：

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。第十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2.2非线性元件的频率变换作用i+-+-R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）半导体二极管第十五页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2.2非线性元件的频率变换作用i+-+-R则中有：谐波分量：组合频率分量：“非线性”具有频率变换作用。第十六页，共二十五页，编辑于2023年，星期五第十七页，共二十五页，编辑于2023年，星期五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第十八页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.2.3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。第十九页，共二十五页，编辑于2023年，星期五2.3.1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足够小，可以忽略上式中v2的二次方及其以上各次方项，则该式可简化为i=f(VQ+v2)

+f’(VQ+v2)

v1线性时变第二十页，共二十五页，编辑于2023年，