《电路分析原理 下册 第2版 教学课件 ppt 作者 姚维 第十七章 简单非线性电阻电路分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路分析原理 下册 第2版 教学课件 ppt 作者 姚维 第十七章 简单非线性电阻电路分析（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电路分析原理（下册）,第十七章 简单非线性电阻电路分析,第一节 概 述 第二节 含有一个非线性电阻器的直流电阻电路 第三节 非线性电阻器的串联与并联 第四节 小信号分析法,第一节 概 述,一、非线性电阻器与非线性电阻电路 二、 非线性电阻器的类型 三、静态电阻与动态电阻 四、分析非线性电阻电路的基本定律,一、非线性电阻器与非线性电阻电路,1.非线性电阻器及其图形符号 2.非线性电阻电路,图17-1 理想非线性 电阻器的图形符号,1.非线性电阻器及其图形符号,2.非线性电阻电路,含有理想非线性电阻器的电阻电路，称为非线性电阻电路。本章只介绍含有理想非线性定常电阻器的电阻电路，并将理想非线性定常电
2、阻器简称为非线性电阻。,二、 非线性电阻器的类型,1.电压控制型电阻器 2.电流控制型电阻器 3.既是电压、又是电流控制型电阻器 4.既非电压、又非电流控制型电阻器,1.电压控制型电阻器,(1)隧道二极管的图形符号及其伏安特性曲线 (2)结型二极管的图形符号及其伏安特性曲线 可用非线性电阻模拟的另一个典型例子是结型二极管(diode)，其图形符号及在关联参考方向下的伏安特性曲线如图17-3所示。,(1)隧道二极管的图形符号及其伏安特性曲线,图17-2 隧道二极管的图形符号及 在关联参考方向下的伏安特性曲线 a)图形符号 b)伏安特性曲线,(2)结型二极管的图形符号及其伏安特性曲线,图17-3
3、结型二极管的图形符号及 在关联参考方向下的伏安特性曲线 a)图形符号 b)伏安特性曲线,2.电流控制型电阻器,图17-4 充气二极管的图形符号及 在关联参考方向下的伏安特性曲线 a)图形符号 b)伏安特性曲线,3.既是电压、又是电流控制型电阻器,图17-5 在关联参考方向下， 既是电压、又是电流控制型 电阻器的伏安特性曲线,4.既非电压、又非电流控制型电阻器,当图17-3中结型二极管的反向饱和电流IS与正向电压降都为零时，则该二极管就成为理想二极管。理想二极管的图形符号与在关联参考方向下的伏安特性曲线如图17-6a、b所示(在图b中，为了能清楚地显示曲线形状，有意将曲线与坐标轴间留有间隙)。
4、理想二极管在电路中的作用相当于一个开关S，在电压u0时(称为反向偏置，简称反偏)，有i=0，相当于开关S打开；在电压u0时(称为正向偏置，简称正偏)，有u=0，相当于开关S闭合，如图17-6c所示。 图17-6b曲线显示，在电压u0时，电流i值不定；在电流i=0时，电压u值不定，这个性质表明，当用非线性电阻模拟理想二极管时，该电阻属于既非压控、又非流控型电阻器。,4.既非电压、又非电流控制型电阻器,图17-6 理想二极管的图形符号及在关联参考方向下的伏安特性曲线与等效电路 a)图形符号 b)伏安特性曲线 c)等效电路,三、静态电阻与动态电阻,1.静态电阻与电导 2.动态电阻与电导,三、静态电阻
5、与动态电阻,图17-8 在关联参考方向下，表明 静态与动态电阻含义的示图,四、分析非线性电阻电路的基本定律,分析非线性电阻电路的基本定律仍然是KCL与KVL，即在电路任一节点上，电流受KCL约束；在任一回路中，电压受KVL约束。欧姆定律在线性电阻上可用，对非线性电阻不能应用。,第二节 含有一个非线性电阻器的直流电阻电路,一、图解法 二、解析法 三、分段线性化法,第二节 含有一个非线性电阻器的直流电阻电路,图17-9 含一个非线性电阻器的直流电阻电路及其图解分析 a)含一个非线性电阻的电路 b)等效电路 c)图解法示意,一、图解法,1.确定含源线性直流电阻网络N的戴维宁(或诺顿)等效电路 2.画
6、出线性支路的伏安特性曲线,1.确定含源线性直流电阻网络N的戴维宁(或诺顿)等效电路,用线性电路的分析法，可得线性网络N的戴维宁电路如图17-9b所示图中US为图17-9a网络ab间的开路电压；RS为网络N的输出电阻。,2.画出线性支路的伏安特性曲线,图17-9b中ab左端线性支路的特性方程为 U=US-RSI 在图17-9c UI平面上，上式线性方程的图形是一条直线直线的U轴交点为US(当I=0时)，I轴交点为US/RS(当U=0时)。 线性与非线性两条支路伏安特性曲线的交点P0，给出了网络中的响应U、I。 当图17-9b电路是模拟晶体管的直流偏置电路时(非线性电阻模拟晶体管)，则图17-9c
7、中的P0点称为晶体管的静态工作点，直线称为直流负载线，RS为负载电阻。,二、解析法,当非线性电阻电压、电流间的函数关系U=r(I)不太复杂，且当非线性电路方程易于求解时，则可直接由电路基本定律建立电路方程，然后求解之。例如，对图17-9b等效电路，应用KVL有 U=US-RSI=r(I) 在函数r(I)给定时，即可从上式解出I，进而确定电压U=r(I)。,三、分段线性化法,1.用折线近似替代非线性电阻的伏安特性曲线 2.确定非线性电阻的线性化模型,1.用折线近似替代非线性电阻的伏安特性曲线,图17-11 非线性电阻的分段线性化 a)分段线性化示意 b)线性化等效电路,2.确定非线性电阻的线性化
8、模型,在图17-9b等效电路中，估计流经非线性电阻上的电流范围，如设非线性电阻工作在ab段(图17-11a)，则有直线2的方程为 U=U02+(tg2)I=U02+R2I (点斜式直线方程)(17-6) 式中，U02为线段2延伸到U轴的交点，R2tg2为非线性电阻在ab段的动态电阻(ab段曲线已由线段2替代)。U02与R2有定值，式(17-6)为线性方程，相应线性电路模型如图17-11b中ab右端所示。 经上述处理后，图17-9b非线性电路就近似地转变成了图17-11b所示线性电路，这样用线性电路的分析方法可以计算响应U、I。,第三节 非线性电阻器的串联与并联,一、 非线性电阻器的串联 二、
9、非线性电阻器的并联,一、 非线性电阻器的串联,1.画出串联非线性电阻器的等效伏安特性曲线 2.由给定电压U值确定电路响应,一、 非线性电阻器的串联,图17-13 两个非线性电阻器的串联与在关联参考方向下的伏安特性曲线 a) 两个非线性电阻器的串联 b) 伏安特性曲线,1.画出串联非线性电阻器的等效伏安特性曲线,图17-13a电路的KCL方程为 IkI k=1，2 KVL方程为 U=U1+U2 根据以上电流、电压关系，在图17-13b中，将每一电流I值所对应的U1(I)、U2(I)曲线的纵坐标相加，画出串联电阻器的等效伏安特性曲线U(I)。,2.由给定电压U值确定电路响应,由给定电压U，在曲线U
10、(I)上的c点给出电流I，再由曲线U1(I)与U2(I)上的e、d点，分别给出电压U1、U2值。,二、 非线性电阻器的并联,1.画出并联非线性电阻器的等效伏安特性曲线 2.由给定电流I值确定电压U及电流I1、I2值,二、 非线性电阻器的并联,图17-15 两个非线性电阻器的并联与在关联参考方向下的伏安特性曲线 a) 两个非线性电阻器的并联 b) 伏安特性曲线,1.画出并联非线性电阻器的等效伏安特性曲线,图17-15a电路的KVL方程为 Uk=U k=1,2 KCL方程为 I=I1+I2 根据以上电压、电流关系，在图17-15b中，将每一电压U值所对应的I1(U)与I2(U)曲线的横坐标相加，得
11、并联非线性电阻的等效伏安特性曲线I(U)。,2.由给定电流I值确定电压U及电流I1、I2值,由给定电流I值，在图17-15b等效伏安特性曲线I(U)上的c点，给出电压U，再由曲线I1(U)与I2(U)上的e、d点，给出相应电流I1与I2值。,第四节 小信号分析法,一、 什么是小信号分析法 二、 小信号分析法的导出 三、 小信号分析步骤,一、 什么是小信号分析法,图17-17 说明小信号分析过程的示图 a)含有小信号的非线性电阻电路 b)确定静态工作点(、)的电路 c)在静态点近旁，非线性电阻用线性模型替代的电路 d)小信号等效电路 e)伏安特性曲线,在非线性电阻电路中，当同时存在有直流电源与时
12、变小信号时，用于分析这种电路的一种近似方法，称为小信号分析法。,二、 小信号分析法的导出,1.确定非线性电阻的静态工作点 2.确定非线性电阻在静态点P0近旁的线性化模型 3.小信号等效电路的获得,1.确定非线性电阻的静态工作点,将图17-17a中的小信号uS置零后的电路如图17-17b所示，非线性电阻的静态工作点P0(I0、U0)可用图17-17e所示的图解法(或解析法)确定(如本章第二节中图解法所述)。,2.确定非线性电阻在静态点P0近旁的线性化模型,在图17-17a中，设小信号为正弦信号，且有uS=USmsint,uS波形如图17-17e所示。在时刻t1，uS达极值USm，在该时刻，图17
13、-17a中cd间的电压为 u(t1)=uS(t1)+US-RSi(t1)=(USm+US)-RSi(t1) u(t1)与i(t1)间的线性关系是图17-17e中的直线x1y1直线与曲线u(i)的交点为P1，且有Oy1=USm+US，Ox1=(USm+US)/RS；在时刻t2，uS达负极值，在该时刻，u(t2)与i(t2)间的线性关系是直线x2y2直线与曲线u(i)的交点为P2。交点分别为P1、P0、P2的三条负载线彼此平行。,3.小信号等效电路的获得,(1)US与US共同激励 US与US0共同激励(uS置零)的电路即是图17-17b电路注意到图17-17b中的非线性电阻与图17-17c中的线性
14、化模型等效，响应U0、I0由静态工作点P0给出。 (2)uS单独激励 小信号uS单独激励的电路如图17-17d所示，该电路称为小信号等效电路。 (3) US、US0与uS共同激励下的响应 图17-17c中由US、US0与uS共同激励下的响应，亦即图17-17a中的响应由叠加定理得,三、 小信号分析步骤,小信号分析的步骤如下 1) 将小信号置零，确定静态工作点P0(I0，U0)。 2) 计算非线性电阻在静态工作点P0处的动态电阻Rd(或动态电导Gd)当非线性电阻为流控型u=r(i)时，动态电阻为Rddu/di；当非线性电阻为压控型i=g(u)时，动态电导为Gddi/du。 3) 画出小信号等效电路，计算相应响应。 4) 将1)、3)项中求得的响应叠加。,
