电路分析基础 第09章 简单非线性电阻电路分析.ppt

第九章第九章 简单非线性电阻电路分析简单非线性电阻电路分析9.1 含一个非线性电阻元件电路的分析含一个非线性电阻元件电路的分析9.2 非线性电阻的串联、并联和混联非线性电阻的串联、并联和混联9.3 含理想二极管电路的分析含理想二极管电路的分析9.4 小小 信信 号号 分分 析析9.1 含一个非线性电阻元件电路的分析含一个非线性电阻元件电路的分析1.非线性电阻元件非线性电阻元件在在第第一一章章1.3节节中中已已讨讨论论了了线线性性电电阻阻。它它遵遵循循欧欧姆姆定定律律u(t)=Ri(t)，其其伏伏安安特特性性曲曲线线是是一一条条经经过过坐坐标标原原点点的的直直线线，电电阻阻值值可可由直线的斜率来确定，是一个常数。由直线的斜率来确定，是一个常数。不不能能用用欧欧姆姆定定律律来来定定义义的的电电阻阻称称为为非非线线性性电电阻阻，非非线线性性电电阻阻的的阻阻值值随随着着电电压压或或电电流流的的大大小小甚甚至至方方向向的的改改变变而而改改变变，不不是是常常数数。其其伏伏安安特特性性曲曲线线不不再再是是通通过过坐坐标标原原点点的的直直线线，而而是是一一条条曲曲线线。非非线线性性电电阻阻的的电路符号及特性曲线如图电路符号及特性曲线如图9-1所示。所示。由由图图9-1(b)可可看看出出，端端电电流流i与与端端电电压压u之间是单值函数关系，可以写成之间是单值函数关系，可以写成i=f(u)或或u=g(i)图图9-1非线性电阻非线性电阻2.非线性电阻电路解析法非线性电阻电路解析法对对于于含含一一个个非非线线性性电电阻阻元元件件的的电电路路，我我们们可可以以把把它它分分成成两两个个单单口口网网络络。一一个个单单口口网网络络为为电电路路的的线线性性部部分分；另另一一单单口口网网络络则则为为电电路路的的非非线线性性部部分分，由由一一个个非非线线性性电电阻元件构成。阻元件构成。3.非线性电阻电路图解法非线性电阻电路图解法一一般般来来说说，求求非非线线性性方方程程的的解解析析解解是是比比较较困困难难的的。通通常常，非非线线性性电电阻阻的的伏伏安安关关系系i=f(u)用用曲曲线线表表示示，我我们们可可用用图图解解法法求求解解u和和i。图图解解法法的的依依据据是是：解解析析几几何何中中两两曲曲线线相相交交，其其交交点点便便是是所所求求的的解解答答。以以此此方方式式来来得得到到非非线线性性电电阻阻电电路路的的解解。图图解解法法是是求解非线性方程组的重要方法之一。求解非线性方程组的重要方法之一。9.2 非线性电阻的串联、并联和混联非线性电阻的串联、并联和混联对对于于含含多多个个非非线线性性电电阻阻的的电电路路，如如果果该该电电路路可可按按图图9-9分分解解为为线线性性单单口口网网络络和和非非线线性性单单口口网网络络两两部部分分，且且非非线线性性单单口口网网络络由由非非线线性性电电阻阻(也也可可包包含含若若干干线线性性电电阻阻)按按串串联联、并并联联或或混混联联方方式式构构成成，则则仍仍可可按按9.1中中所所述述方方法法进进行行分分析析。关关键键在在于于求求得得非非线线性性单口网络端口的伏安特性。单口网络端口的伏安特性。图9-9 网络N分解为两个单口网络对对于于含含非非线线性性电电阻阻并并联联的的电电路路，也也可可作作类类似似的的处处理理。设设电电路路如如图图9-11(a)所所示示，两两个个非非线线性性电电阻阻的的伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图9-11(b)中曲线中曲线R1，R2所示。所示。图9-11 两个非线性电阻的并联由由KCL有有i=i1i2根据并联电路的特点有根据并联电路的特点有u=u1=u2因因此此，只只要要对对每每一一给给定定的的电电压压值值u，将将它它在在R1和和R2特特性性曲曲线线上上所所对对应应的的电电流流值值i1和和i2相相加加(即即沿沿i轴轴相相加加)，便便可可得得到到并并联联后后的的特特性性曲曲线线，如如图图9.11(b)中中粗粗线线所所示示。这这条条曲线也就是并联等效电阻的特性曲线。曲线也就是并联等效电阻的特性曲线。9.3 含理想二极管电路的分析含理想二极管电路的分析1.理想二极管的伏安特性理想二极管的伏安特性如如果果一一个个二二端端的的非非线线性性电电阻阻在在u-i平平面面上上的的特特性性曲曲线线由由负负u轴轴和和正正i轴轴这这样样的的两两直直线线段段组组成成，则则称称之之为为理理想想二二极极管管。理理想想二二极极管管的的电电路路符符号号及及其其伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图9-14所示。所示。图9-14理想二极管及其伏安特性曲线2.含理想二极管电路的分析含理想二极管电路的分析分分析析含含理理想想二二极极管管的的电电路路时时，关关键键在在于于确确定定二二极极管管是是正正向向偏偏置置(导导通通)还还是是反反向向偏偏置置(截截止止)。如如属属前前一一情情况况，则则二二极极管管以以短短路路线线代代替替；如如属属后后一一情情况况，则则二二极极管管以以开开路路代代替替。代代替替后后便便可可得得到到一一个个线线性性电电阻阻电电路路，易易于于求求解解。分分析析含含理理想想二二极极管管的的电电路路时时，戴戴维维南南定定理理是是一一个个十十分分有有用用的的分分析析工具，毋需使用图解方法。工具，毋需使用图解方法。3.转移特性曲线的求取转移特性曲线的求取描描述述电电路路响响应应与与激激励励之之间间关关系系的的曲曲线线称称为为转转移移特特性性曲曲线线。在在这这里里，激激励励源源是是电电压压或或电电流流，响响应应也也可可以以是是电电压压或或电电流流。只只要要求求得得了了电电路路的的转转移移特特性性曲曲线线，就就可可求求得得在某一输入波形下的输出波形。在某一输入波形下的输出波形。9.4 小小 信信 号号 分分 析析前前面面用用分分段段线线性性化化模模型型(如如理理想想二二极极管管)来来近近似似地地表表征征某某些些非非线线性性元元件件。然然而而从从整整体体看看，仍仍然然是是非非线线性性的的。使使用用这这种种全全局局(Global)模模型型分分析析电电路路，电电路路的的电电压压和和电电流流可可以以允允许许在在大大范范围围内变化，称为大信号分析。内变化，称为大信号分析。