非線性電路的分析方法_非線性電路分析舉例
2021-01-12 電子發燒友發表於 2018-03-13 15:30:41
電子電路中的元器件，很多是非線性元件，如半導電晶體、開環運放器等。對非線性元器件電路的分析和計算，是電子技術教學中的一大難點。下面介紹幾種分析非線性電路的分析方法。
1、圖解分析法 1.1、非線性元件的伏安特性圖解在模擬電子電路中，用圖解的方法，說明非線性元件電晶體的伏安特性、輸入特性和輸出特性，比較直觀明了，有助於學生對非線性元件電晶體工作特性的理解。
半導體二極體伏安特性：二極體的伏安特性曲線直觀地表明了，加在二極體端電壓與流過二極體的電流之間的關係，是非線性關係，如圖1所示。
半導體三極體伏安特性：三極體的輸入特性曲線表明：三極體的輸入電壓與輸入電流之間的關係，是非線性關係;同樣，三極體的輸出特性曲線表明，其輸出集電極電流IC與輸出集一射極電壓UCE之間為非線性關係。如圖2所示。
在非線性元件電晶體組成的放大電路中，靜態工作點Q值的求取，可用圖解的方法來確定。在三極體的輸出特性曲線上，畫直流通路得出的且與負載電阻有關的直流負載線，它與電晶體的某條輸出特性曲線的交點Q稱為放大電路的靜態工作點，如圖2所示。
2、微變等效電路分析法微變等效電路法，就是把非線性電路線性化。在放大電路中，把電晶體等效為一個線性器件。等效的條件是電晶體在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態工作點附近的小範圍內，用直線段近似地代替電晶體的特性曲線。
2.1、電晶體的微變等效在小信號作用下，電晶體的輸入B、E之間可用一個線性電阻等效代替。如圖1所示，當輸入電壓有一微小變化時，基極電流對應一微小變化，兩者的比值即為電晶體的線性輸入電阻。同樣，在小信號作用下，電晶體的輸出電路可用一個受控制的電流源來等效代替。在圖2中，輸出特性曲線在放大區域內可認為呈水平線，集電極電流的微小變化僅與基極電流的微小變化有關，而與C、E之間電壓無關，故集電極和發射極之間可等效為一個受控電流源。
2.2、放大電路的微變等效電路將放大電路交流通路中的電晶體，用其微變等效電路代替，即得到放大電路的微變等效電路，如圖3所示。
當集成運放通過外接電路引入正反饋或者開環時，運算放大器的輸入量和輸出量之間不再存在線性關係，而處於非線性工作狀態。集成運放則可構成各種電壓比較器和矩形波發生器等。
3.2、電壓比較器的工作原理運算放大器處在開環狀態時，由於電壓放大倍數極高，因而輸入端只要有微小電壓，運算放大器便進入非線性工作區域，其輸出電壓將達到最大值，成為非線性電路。
在圖4中，當ui《Ur時，運算放大器輸出高電平，當ui》Ur時，運放輸出低電平。
因此，以Ur為界，當輸入電壓ui變化時，輸出端反映出兩種狀態，高電位和低電位。圖4（b）表示輸出電壓與輸入電壓之間關係的傳輸特性。
4、結語非線性元器件，廣泛存在於電子電路中。在對電子產品的性能進行研究時，首先要分析電路工作原理、各單元電路的作用和相互聯繫，才能確定電路的故障點，知曉電子產品改進的途徑等。好的電路分析方法，能有效地解決實際問題。
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