电子线路,非线性部分2

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高频电子线路第二章非线性电路概述

= k ( u 1 + 2 u1 u 2 + u 2 )
2 2
3.分析方法 3.分析方法
1) 幂级数分折法 ------------非线性电路 2) 指数函数分板法 ------------模拟乘法器电路 3) 折线分析法 ------------大信号电路。如：丙类放大电路开关二极管电路
2.非线性元件特点 2.非线性元件特点
1）非线性元件的参数与工作状态有关。而线性元件的参数与工非线性元件的参数与工作状态有关。作状态无关。作状态无关。 U 1 例：电阻 R= = I tg α
普通电阻
隧道二极管的电阻
2）非线性元件具有频率变换作用例：设某非线性电阻的伏安特性为：设某非线性电阻的伏安特性为：现有输入：现有输入：
u = u1 + u 2
i = ku 2
其中：其中： u1 = U 1 m cos ω 1 t 电流相应：电流相应：
i = k ( u1 + u 2 ) 2 = k ( u1 + 2 u 1 u 2 + u 2 )
2 2
u 2 = U 2 m cos ω 2 t
= k [( U 1 m cos ω 1 t ) 2 + 2 (U 1 m U 2 m cos ω 1 t ⋅ cos ω 2 t ) + (U 2 m cos ω 2 t ) 2 ]
1 2 = k [U 1 m (1 + cos 2ω 1 t ) + 2U 1 m U 2 m cos( ω 1 − ω 2 ) t ⋅ cos( ω 1 + ω 2 cos 2ω 2 t )]
3）非线性电路不满足叠加原理例：设某非线性电阻的伏安特性为：设某非线性电阻的伏安特性为：现有输入：现有输入：

电子线路(非线性部分)习题解答

1 RC ，根据交流负载线AB 2
代入 VCEQ 方程中 Vcm = VCC IcmRC = VCC ICQRC
= VCC 2Vcm =VCC 2Icm R L
解得
Vcm 1 V CC 1 V CC， I cm 3 3 RL
即
1 V CC 2 1 V CC 1 1 VCC 3 18 R L 2 3 RL
所以
1 Vcm I cm 156 mW ，PD = VCC ICQ2 = 1.3 W，C = PL/ PD = 12 2 (3)当RL = 5 ，Q 在放大区内的中点，激励同(1)，由图 Q3 点，VCEQ3 = 2.75V，ICQ3= 460mA，IBQ3 = 4.6mA， Ibm = 2.4mA 相应的 vCEmin= 1.55V，iCmax= 700mA。因为 Vcm = VCEQ3 vCEmin = 1.2 V，Icm = iCmax I CQ3 = 240 mA PL
解：(1) RL = 10 时，作负载线(由 VCE = VCC ICRL)，取 Q 在放大区负载线中点，充分激励，由图得 VCEQ1 = 2.6V， ICQ1 = 220mA， IBQ1 = Ibm = 2.4mA 因为 Vcm = VCEQ1VCE(sat) = (2.6 0.2) V = 2.4 V，Icm = I CQ1 = 220 mA
C(b)
PL max( b ) PD

1 4
)的直线 (3)因为直流负载电阻为零，故直流负载线为 CG，交流负载线斜率为(1/ RL MN，当 QC 处于中点时，得 V Vcm = VCEQ = VCC， I cm I CQ CC RL
PL max( c)

《电子线路》(非线性部分)教学大纲(师范)

《电子线路》（线性部分）教学大纲修订单位：物理与电子工程系电子技术教研室执笔人：郑耀添一、课程基本信息1．课程中文名称：电子线路（非线性部分）2．课程英文名称：Nonlinear Electronic Circuits3．课程类别：必修4．总学时：72学时（其中理论54学时，实验18学时）5．总学分：3二、本课程在教学计划中的地位本课程是电子信息、通信、电子科学与技术等专业继电路理论、电子线路(线性部分)之后必修的主要技术基础课。

其目的与任务是：通过本课程的学习，使学生掌握功放、振荡、频率变换等电路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法。

三、理论教学内容与教学基本要求第○章绪论（2学时）0-1 非线性电子线路的作用0-2 非线性器件的基本特点0-3 本课程的特点本章要求：了解非线性电子线路的作用、非线性器件的基本特点及本课程的特点第一章功率电子线路（10学时）1-1 功率电子线路概述（2学时）功率放大器，电源变换电路，功率器件1-2 功率放大器的电路组成和工作特性（2学时）共发射极功率放大器，甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率特性1-3 乙类推挽功率放大电路（2学时）乙类互补推挽功率放大电路，集成功率放大器1-4 功率合成技术（2学时）功率合成电路的作用，传输线变压器，用传输线变压器构成的魔T混合网络1-5 整流和稳压电路（2学时）整流电路，串联型稳压电路，开关型稳压电路本章要求：掌握功率放大器的电路组成、工作原理、性能特点，掌握功率合成的原理，掌握整流与稳压原理。

了解斩波器的概念。

第二章谐振功率放大器（10学时）2-1 谐振功率放大器的工作原理（2学时）丙类谐振功率放大器，丁类和戊类功率放大器，倍频器2-2 谐振功率放大器的性能特点（3学时）近似分析方法，欠压、临界和过压状态，四个电压量对性能影响的定性讨论2-3 谐振功率放大器电路（3学时）直流馈电电路，滤波匹配网络，谐振功率放大器电路2-4 高频功率放大器（2学时）高频功率管及其信号输入和输出阻抗，高频功率放大器设计举例本章要求：掌握谐振功率放大器的工作原理、性能特点，了解基本匹配网络的工程计算方法，、了解倍频的概念、了解高频功率放大器的特点。

电子线路(非线性部分)课程设计教学大纲解析

电子线路(非线性部分课程设计教学大纲课程名称:电子线路(非线性部分课程设计英文名称:Course Design of Nonlinear Electronic Circuits课程编号:课程类型:专业基础课学时:两周适用对象:电子信息、通信、电子科学与技术等专业先修课程:电子线路(线性部分、非线性部分、电子线路(线性部分、非线性部分实验一、本课程的性质、目的与任务及对先开课程的要求电子线路(非线性部分课程设计是电子信息工程、通信工程、电子科学与技术等专业的一门必修的专业基础课,同时也是一门理论与实践相结合课程。

本课程的主要目的和任务是:通过非线性电子线路课程设计让学生利用已学过的基础知识,充分发挥主动性,自行设计电路,自拟实验方案,最后完成电路设计、实验、测试的全部工作。

对先开课程的基本要求是:1电子线路(线性部分及实验通过该课程的学习,使学生掌握常用半导体器件及一些典型功能电路的组成、工作原理、性能特点及分析方法,树立工程分析的观点;了解典型集成电路的特征与参数。

2电子线路(非线性部分及实验通过该课程的学习,使学生掌握功率放大器、谐振功率放大器、正弦波振荡器的电路组成、工作原理、性能特点。

掌握功率合成的原理,掌握整流与稳压原理。

掌握集成模拟相乘器的电路组成、工作原理及其在频率变换电路中的应用。

掌握振幅调制信号的性质,实现振幅调制与解调的基本原理、方法,掌握典型振幅调制器与解调器的电路组成、工作原理和性能特点。

掌握典型混频器的电路组成、工作原理、性能特点。

掌握角度调制信号的性质,实现频率调制与解调的基本原理与方法;掌握典型调频器与鉴频器的电路组成、工作原理、性能特点。

初步具有模拟电子线路的设计、装配、调整和测试能力,并能正确使用常用电子仪器进行测试。

二、教学基本要求通过本课程实验,要求掌握最基本的调频发射与接收系统、调幅发射与接收系统的工作原理和整机设计。

在经过非线性电子线路基础实验训练之后,可以参考实验电路利用现有元器件,学习将各种单元电路组合起来完成工程实践要求的整机电路设计。

电子线路(非线性部分)第五版第二章

Qe
Xs Rs

Rp Xp
T 型网络分析
2.3.3 谐振功率放大器电路
双极型管谐振功率放大电路
50MHz
场效应管谐振功率放大器
400MHz
2.4 高频功率放大器
在通信等应用领域中，谐振功率放大器的工作频率往往在几十MHz以上，高到几百MHz，通常将这种谐振功率放大器统称为介于功率管T和外接负载RL之间：
交流通路：
主要要求阻抗转换；滤波；高效率地功率传输。要求网络的传输效率=PL/Po尽可能接近于1。
串并联阻抗转换
Rs2 X s2 2 Rp Rs (1 Qe ) Rs 2 2 R R Rs X s p s Xp Xs Xs
基于静态特性曲线的近似分析法虽然有助于了解谐振功率放大器的性能变化特性，并指导功率放大器的调试，但这种方法不适合分析和设计高频功率放大器。工程上一般借助功率管的大信号输入和输出阻抗来分析和设计高频功率放大器。
2.4.1 高频功率管及其大信号输入和输出阻抗
一、高频功率管结构
高频功率管的内部结构
称为倍频器 (Frequency Multiplier) 。
由于输出功率和滤波特性的限制，这种倍频
器的倍频次数不能太高，一般为2或3。
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
丁类(Class D)谐振功率放大器：功率管开关工作，导通时管子电流很大，管压降很小；截止时管压降较大，但几乎没电流。因此管耗很小，籍此放大器的效率得以提高。提高效率的措施是减小管子导通期间的瞬时管耗。
实例：设计一高频功率放大器，用于调频发射机，输入和输出负载均为50Ω，输入信号频率为 80MHz，输出信号频率为160MHz，要求输入功率为4mW时，输出负载上的功率 PL≥700mW，二次谐波抑制度小于-30dB，放大器总效率大于50%，电源电压为15V。

线性电子线路与非线性电子线

线性与非线性的定义
线性
在数学和物理中，线性关系指的是变量之间的关系是线性的，即它们满足一次方程的性质。在线性电子线路中，电压和电流之间的关系可以用线性方程表示，即输出电压或电流与输入电压或电流成正比。
非线性
与线性相反，非线性关系指的是变量之间的关系不是线性的，即它们不满足一次方程的性质。在非线性电子线路中，电压和电流之间的关系不能用线性方程表示，即输出电压或电流与输入电压或电流不成正比。
性能指标的比较
线性电子线路
线性电子线路的性能指标主要包括增益、带宽、噪声系数等。由于其输出信号与输入信号成正比关系，因此线性电子线路具有较好的稳定性和可靠性。
VS
非线性电子线路
非线性电子线路的性能指标主要包括转换函数、非线性失真系数、动态范围等。由于其输出信号与输入信号之间存在复杂的非线性关系，因此非线性电子线路具有较大的动态范围和较高的灵敏度。
理和分析这些非正弦波信号。
05
CATALOGUE
未来发展趋势
线性电子线路的未来发展
集成化
随着微电子技术的不断进步，线性电子线路将进一步向集成化方向发展，实现更小体积、更高性
能的电路。
智能化
借助人工智能和机器学习技术，线性电子线路将能够实现自适应、自优化等功能，提高电路的性
能和稳定性。
绿色化
04
CATALOGUE
线性与非线性电子线路的比较
工作原理的比较
线性电子线路
线性电子线路是指其输出信号与输入信号成正比关系的电子线路。在线性电子线路中，输出信号的幅度和相位与输入信号的幅度和相位成正比关系。
非线性电子线路
非线性电子线路是指其输出信号与输入信号不成正比关系的电子线路。在非线性电子线路中，输出信号的幅度、相位或频率与输入信号的幅度、相位或频率之间存在非线性关系。

电子线路非线性部分实验报告调幅波信号的解调

电子线路非线性部分实验报告调幅波信号的解调班级：通信163同组人：姓名：学号：成绩：实验五调幅波信号的解调一、实验目的1．通过实验，进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的解调方法。

2．了解二极管包络检波器的主要指标、检波效率及检波失真。

3．掌握用集成电路实现同步检波的方法。

二、实验仪器1．双踪示波器。

2．高频信号发生器。

3．万用表。

4．实验板G3。

三、实验内容及步骤注意:做此实验之前需恢复调幅实验的实验内容及步骤2（1）的内容或从信号发生器获取已调波信号。

(一)二极管包络检波器实验电路见图5-31.解调全载波调幅信号(1).M a＜30%的调幅波的检波载波信号仍为V C(t)=10sin2π×105(t)(mV)调节调制信号幅度，按调幅实验中实验内容2(1)的条件获得调制度M a＜30%的调幅波，并将它加至图5-3信号输入端，由OUT1处观察放大后的调幅波（确定放大器工作正常），在OUT2观察解调输出信号，调节R P1改变直流负载，观测二极管直流负载改变对检波幅度和波形的影响，记录此时的波形。

(2).适当加大调制信号幅度，重复上述方法，观察记录检波输出波形。

(3).接入C4，重复(1)、(2)方法，观察记录检波输出波形。

(4).去掉C4，R P1逆时针旋至最大，短接a、b两点，在OUT3观察解调输出信号，调节R P2改变交流负载，观测二极管交流负载对检波幅度和波形的影响，记录检波输出波形。

2.解调抑制载波的双边带调幅信号。

载波信号不变，将调制信号V S的峰值电压调至80mV，调节R P1使调制器输出为抑制载波的双边带调幅信号，然后加至二极管包络检波器输入端，断开a、b两点，观察记录检波输出OUT2端波形，并与调制信号相比较。

(二)集成电路(乘法器)构成解调器实验电路见图5-4。

1.解调全载波信号(1).将图5-4中的C4另一端接地，C5另一端接A，按调幅实验中实验内容2(1)的条件获得调制度分别为M a＝30%，M a＝100%及M a＞100%的调幅波。

电子线路(非线性部分)习题完全答案(谢嘉奎第四版)

电子线路（非线性部分）1-2 一功率管，它的最大输出功率是否仅受其极限参数限制？为什么？解：否。

还受功率管工作状态的影响，在极限参数中，P CM 还受功率管所处环境温度、散热条件等影响。

第二章2-1 为什么谐振功率放大器能工作于丙类，而电阻性负载功率放大器不能工作于丙类？解：因为谐振功放的输出负载为并联谐振回路，该回路具有选频特性，可从输出的余弦脉冲电流中选出基波分量，并在并联谐振回路上形成不失真的基波余弦电压，而电阻性输出负载不具备上述功能。

2-2 放大器工作于丙类比工作于甲、乙类有何优点？为什么？丙类工作的放大器适宜于放大哪些信号？解：(1)丙类工作，管子导通时间短，瞬时功耗小，效率高。

(2) 丙类工作的放大器输出负载为并联谐振回路，具有选频滤波特性，保证了输出信号的不失真。

为此，丙类放大器只适宜于放大载波信号和高频窄带信号。

2-4 试证如图所示丁类谐振功率放大器的输出功率2)sat (CE CC L2o )2(π2V V R P -=，集电极效率CC)sat (CE CC C 2V V V -=η。

已知V CC = 18 V ，V CE(sat) = 0.5 V ，R L = 50 Ω，试求放大器的P D 、P o 和ηC 值。

解：(1) v A 为方波，按傅里叶级数展开，其中基波分量电压振幅。

)2(π2)sat (CE CC cm V V V -=通过每管的电流为半个余弦波，余弦波幅度，)2(π2)sat (CE CC LL cm cm V V R R V I -==其中平均分量电流平均值 cm C0π1I I =所以 2)sat (CE CC L2cm cm o )2(π221V V R I V P -== )2(π2)sat (CE CC CC L2C0CC D V V V R I V P -==CC)sat (CE CC D o C 2/V V V P P -==η(2) W 24.1)2(π2)sat (CE CC CC L2D =-=V V V R P W 17.1)2(π22)sat (CE CC L2o =-=V V R P %36.94/D o C ==P P η2-5 谐振功率放大器原理电路和功率管输出特性曲线如图所示，已知V CC = 12 V ，V BB = 0.5 V ，V cm = 11 V ，V bm = 0.24 V 。

电子线路(非线性部分)ppt课件2

1 (q ) k (q ) 0 (q )
——波形系数
0.536 1q 2 kq 0.5
oq
1 2q 3q 65O 60O 120O q 180O
2 sin nq cosq 2n sin q cos nq n (q ) 2 (1 cosq )n(n 1)

ZP
ZP
1 1 1 C L R
2 2
Zo
ZP
o

Z
P
90o
o
1 C 1 L tg 1/ R 1 ——谐振角频率
LC
-90o
感性纯容性电阻
IC0＝iCmax0(q) 欠压
VCm ＝ IC1mRe
临界过压
Re
hC＝ Po/PD
PD＝ IC0 VCC P0＝ IC1m VCm / 2 PC ＝ PD －Po
Reopt
最佳负载（匹配负载）
Re
hC＝ Po/PD PD＝ IC0 VCC
P0＝ IC1m VCm / 2
PC ＝ PD －Po
X S X P RS RP

2 S

XS QS RS
等效前后 Q值不变
XS RP QP QS XP RS
串并联等效变换（P98）
等效条件 Zp
j Xp Rp
Rs
Zp＝Zs
Zs
j Xs
RP RS 1 Q

2 S

X S X P RS RP
高Q2>>1条件下
RP RS Q
vBE ＝ vBEmax
vBEmax Vbm

电子线路非线性部分

单音调制波形：
调频信号
调相信号
5.1.2 调角信号的频谱
单音调制的调频信号：
e jM f sin Ωt 的傅里叶级数展开式：
调频波的傅里叶级数展开式：
0 0,
可见，单音调制时调频信号的频谱由载波分量和无数对边频分量所组成。其中，n为奇数的上、下边频分量的振幅相等，极性相反；而n为偶数的上、下边频分量的振幅相等，极性相同。而且载波分量和各边频分量的振幅均随Mf而变化，特别当Mf =2.40，5.52， 8.65，… 时，载波分量振幅等于零；而当Mf为某些其它特定值时，又可使某些边频分量振幅等于零
vo (t) Vm cosct VmM p cos Ωt sin ct
矢量合成模型和原理：
二、可变相移法调相电路
vO (t) Vm cos[ct (c )] Vm cos(ct M p cosΩt)
c
1 LCjQ
原理电路和归一化调频特性
2、变容管部分接入
回路总电容：C
C1
C2 C jQ C2 (1 x) n CjQ
调频特性方程：
osc (x)
1 LC
1
L C1
C2
(1
C2CjQ x)n
CjQ
原理电路
接入C1或C2 后ω(x)随x的变化曲线
3、电路组成
变容管及其控制电路接入振荡回路的原理电路
单音调制时的调频信号：v(t) Vmcos(ct Mf sin Ωt 0 )
最大角频偏：m 2πfm k fVm
调频指数：
Mf
kfVm Ω
m
Ω
fm F
单音调制时的调相信号：v(t) Vmcos(ct M P cos Ωt 0 ) 最大角频偏：m kpVmΩ M pΩ

电子线路(非线性部分)实验指导书

电子线路（非线性部分）实验指导书2015年6月目录1实验要求2 实验指导书3实验总结报告撰写要求1实验要求（1）认真复习实验所需知识（2）按时完成预习报告，预习报告不合格不能进行实验（3）提前到达实验室，迟到要扣分，迟到30分钟以上者不能参加本次试验，本次试验成绩为零（4）认真听讲（5）保持实验室秩序和卫生，试验结束以后整理试验台和实验仪器，确认所有仪器的电源都关闭后方能离开实验室（6）认真完成实验总结报告（7）考核办法：预习报告，包括试验目的，实验原理分析，实验步骤设计，实验表格的编制和对实验中可能发生的问题的解决预案。

不按时交预习报告，预习报告不合格或不能回答老师提出的问题者，扣除该项成绩的一半；不合格的重写，仍不合格的不能进行该次试验，该次实验成绩为零。

实验操作，包括对电路的理解，调试电路的方法，遇到问题时分析解决问题的能力，能否达到预期的实验结果等。

总结报告，包括对实验得到结果的分析，实验中所遇到问题的分析和解决，实验结论等，考勤：实验课迟到，扣除本次试验最后成绩的20%，迟到30分钟以上者不能参加本次实验，本次实验成绩记为0。

本学期实验课最后成绩取四次实验成绩的平均值。

2实验指导书2.1 互补功率放大电路实验互补功率放大器具有结构简单，可靠性高等优点，在各种音频功率放大器中有十分广泛的应用。

本实验利用功率MOS管和运算放大器构同相推挽式乙类复合放大器，利用运算放大器的负反馈原理去除因功放管截止区带来的交越失真。

一、实验目的：1. 了解互补功率放大电路的工作原理；2. 学会利用MOS管和运算放大器搭建功率放大电路，掌握其工作原理及特点。

3．测量功率放大电路的输出功率、电压增益、效率等参数。

4. 观察电路中各点的波形。

二、复习要求1．复习互补功率放大器有关的知识；2. 分析实验电路中功率放大器的工作原理；3. 了解输出功率、效率、占空比、电压增益等参数的含义及测量方法；4. 熟悉实验电路中各元件作用。

电子线路非线性部分教学设计

电子线路非线性部分教学设计一、教学目标通过本节课的学习，学生将能够：1.理解电子线路中的非线性部分的基本原理与特性。

2.掌握非线性电路的分析方法和设计方法。

3.能够应用所学知识进行非线性电路的设计与实现。

二、教学内容本节课教学内容主要包括以下方面：1.非线性元件的特性和应用：–PN结二极管：热平衡状态下的伏安特性。

–Zener二极管：倒向工作时的伏安特性。

–瞬变电压抑制二极管（TVS）：高频脉冲峰值稳压器。

2.非线性电路的分析方法：–基本分析方法：欧姆定律、基尔霍夫定律、电流-电压特性曲线法等。

–信号与干扰分析方法：小信号模型法、小信号等效电路法、元件参数灵敏度等。

3.非线性电路的设计方法：–电源与元件选择。

–确定电路功能与性能指标。

–选取合适的电路拓扑结构。

–元件参数的计算与选择。

–电路的仿真与实验。

三、教学过程1.引入通过一些日常例子和电路实验，引导学生对线性电路和非线性电路的直观理解，为后续的学习做好铺垫。

例如：常见的变压器、电阻器、电容器等都是线性元件，而二极管、三极管等非线性元件的出现，为电路的设计提供了更加灵活的方式。

2.学习非线性元件的特性和应用通过幻灯片演示、实验演示、案例分析等多种方法，学习PN结二极管、Zener二极管和TVS的基本特性和应用。

让学生掌握各种非线性元件的基本性质、工作原理以及特性曲线等。

3.学习非线性电路的分析方法在掌握非线性元件的基本特性的基础上，学习非线性电路的分析方法，包括基本分析方法和信号与干扰分析方法。

通过例题演示，让学生了解基本分析法的应用场景以及电路分析的步骤；并引导学生从小信号模型和等效电路出发，理解信号与干扰分析方法的原理和应用。

4.学习非线性电路的设计方法在学习了非线性电路的分析方法之后，引导学生掌握非线性电路的设计方法，包括电源与元件选择、电路功能与性能指标的确定、电路拓扑选择、元件参数计算与选择、电路仿真与实验等方面。

通过实例分析和实验设计，使学生掌握实际应用中非线性电路的设计流程。

电子线路非线性部分教学设计 (2)

电子线路非线性部分教学设计一、教学目标1.理解非线性电路的概念和性质；2.掌握非线性电路的基本分析方法；3.熟练运用非线性电路分析方法解决实际问题；4.培养学生的实验技能和创新能力。

二、教学内容1. 非线性电路的概念和性质•非线性电路的概念；•非线性电路的分类；•非线性电路的性质。

2. 非线性电路的基本分析方法•二极管的电路模型；•二极管的基本特性曲线；•二极管的直流分析；•二极管的交流分析。

3. 非线性电路分析方法的实例应用•单级放大电路；•双极性晶体管放大电路；•功率放大电路；•信号整形电路。

4. 实验•二极管整流电路实验；•半波整流电路实验；•全波整流电路实验；•平滑电路实验；•二极管放大电路实验；•双极性晶体管放大电路实验。

三、教学方法本课程采用讲授和实验相结合的教学方法。

1. 讲授教师通过PPT课件对知识点进行讲解和解析，并结合实例进行演示，引导学生理解和掌握内容。

2. 实验教师将学生分成小组，进行实验操作。

实验过程中，老师将对学生进行指导和讲解，帮助学生理解实验原理和过程，并解释实验结果。

四、教学评估1. 期中测试通过期中测试，检验学生对非线性电路的理解和掌握程度。

2. 实验报告学生进行实验后，需按要求提交实验报告，报告中需包含实验原理、实验步骤、实验数据和结论等内容，以检验学生实验能力和实际应用能力。

3. 期末考试期末考试将全面检验学生对本课程内容的掌握程度和能力应用能力。

考试内容会涵盖知识点、分析方法和实验。

五、教学资源1. 教材•《电子线路基础》（第三版）李建峰、张大新编著，清华大学出版社。

2. 软件工具•CADENCE Pspice 电路仿真软件；•MATLAB 电路仿真软件。

3. 实验仪器设备•多用途实验电路箱；•数字万用表；•示波器；•功率放大器；•多功能信号发生器。

六、教学总结通过本课程的教学，学生可以掌握非线性电路的基本概念、性质和分析方法，了解非线性电路在电子领域中的重要应用。

电子线路非线性部分课程设计

电子线路非线性部分课程设计1. 简介电子线路是电子工程领域非常重要的一门学科，非线性电路在其中居于重要的地位。

非线性电路是指电路元件电流、电压等电性质与其输入信号之间不是简单线性关系的电路，常见的非线性元件有二极管、三极管等。

本文旨在介绍以电子线路非线性部分为主要内容的课程设计，探究非线性电路在实际应用中的重要性和设计方法。

2. 课程设计内容2.1 课程设计目标本次课程设计主要目标是设计出一个稳定、可靠的非线性电路，该电路能很好地完成特定的任务。

2.2 设计任务设计任务是实现一个简单的回放电路，如图所示：image2.3 设计流程2.3.1 确定指标1）输入信号特性：正弦波信号，频率为1kHz，峰值幅值为2V。

2）输出信号特性：输出信号的幅值范围为0 ~ 5V，输出波形与输入波形一致。

2.3.2 电路设计1）选择元器件：根据指标，选择合适的二极管和电阻。

2）电路分析：回放电路的主要实现方式为用二极管作为开关控制输出，通过反馈电路使得输出信号恢复到输入的形态。

根据特定的输入信号进行分析，得出电路输出的数学表达式，即输出波形的函数形式。

同时结合指标，调整元器件参数，并进行仿真与测试，进行精细化的调整。

2.3.3 结果评价评价该电路的指标是否满足设计要求，同时探究实际应用场景中的可行性与有关问题。

3. 结论这个简单回放电路的设计任务是通过非线性电路的反馈原理实现对输入电压信号的“刻录”与“回放”，其获得的回放信号与刻录信号在幅值、频响和波形等方面都与输入信号一致。

这个设计过程中，按照指标进行元器件的选择和仿真参数的调整，并通过测试与验证获得了很好的结果。

电子线路非线性部分的理论知识与应用实践都非常广泛，是电子工程专业学生必修的一门课程。

通过本次课程设计，可以更好地掌握其在实际应用中的重要性与设计方法，加深对该领域的理解。

4. 参考文献[1] 崔永化, 张卫民. 基于非线性电路的通信技术研究[J]. 传感器与微系统, 2008, 27(9): 12-16.[2] 李昕, 陈静. 基于非线性电路的音频放大器设计[J]. 声学技术, 2009, 28(6): 661-663.。

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第1章功率电子线路1.1 功率电子线路概述作用：高效地实现能量变换和控制。

种类：根据应用领域和处理对象不同（1）功率放大电路：放大器的一类。

用于通信、音像等电子设备。

（2）电源变换电路：对电源能量进行特定变换。

用于电源设备、电子系统、工业控制。

1.1.1 功率放大器与其它放大器相比相同点：均在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。

不同点：性能要求和运用特性不同。

一、功率放大器的性能要求1．安全。

输出功率大，管子大信号极限条件下运用。

2．高效率。

用ηc 集电极效率（Collector Efficiency ）衡量转换效率：Co oD o c P P P P P +==η 式中，P o 一—输出信号功率（Output Signal Power ）；P D 一—电源提供的功率； P C 一—管耗（Power Dissipation ）P o 一定，ηc 高，P D 小，P C 小 → 可选P CM 小的管子，降低费用。

3．失真小。

输出功率越大，相应的动态电压电流越大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。

除采用反馈技术外，还必须限制输出功率。

作为放大器，功率增益是重要的性能指标，但与上述三个要求相比，安全、高效和小失真是第一位的。

功率增益可用增加前置级的级数或提高相应的增益来弥补。

二、功率管的运用特点 1．功率管的运用状态根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。

功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。

甲类：功率管在一个周期内导通（如小信号放大电路）。

乙类：功率管仅在半个周期内导通。

甲乙类：功率管在大于半个周期小于一个周期内导通。

丙类：功率管小于半个周期内导通。

2．不同运用状态下的ηC管子的运用状态不同，相应的ηCmax 也不同。

Co oc P P P +=η减小P C 可提高ηC 。

假设集电极瞬时电流和电压分别为i C 和v CE ，则P C 为⎰=π2o CE C C d π21t v i P ω 讨论：若减少P C ，则要减少i C ×v CE途径1：由甲类→甲乙类→乙类→丙类，减小管子在信号周期内的导通时间，即增大i C＝ 0的时间。

途径 2：使管子运用在开关状态（又称丁类）；管子在半个周期内饱和导通，另半个周期内截止。

饱和导通时，v CE ≈v CE (sat)很小，因此导通的半个周期内，瞬时管耗i C ×v CE 处在很小的值上。

截止时，不论v CE 为何值，i C 趋于0，i C ×v CE 也处在零值附近。

结果P C 很小，ηC 显著增大。

总结：为提高集电极效率，管子的运用状态从甲类向乙类、丙类或开关工作的丁类转变。

但随着效率的提高，集电极电流波形失真严重，为实现不失真放大，在电路中需采取特定措施。

1.1.2 电源变换电路 1.1.3 功率器件功率管是功率放大电路的关键器件，如何选择功率管的运用状态，并保证它们安全工作是需要共同解决的问题。

为此，必须首先了解功率器件的极限参数及安全工作区。

双极型功率晶体管的安全工作受到三个极限参数的限制：（1）集电极最大允许管耗P CM 。

还与散热条件密切相关（2）集电极击穿电压V （BR ）CEO （3）集电极最大允许电流I CM以上与功率管的结构，工艺参数，封装形式有关。

一、功率管散热和相应的P CM耗散在功率管中的功率P C 主要消耗在集电结上，造成集电结发热，结温升高。

若集电极的散热条件良好，集电结上的热量很容易散发到周围空气中去，则集电结就会在某一较低温度上达到热平衡，此时集电结上产生的热量等于散发到空气中的热量。

反之，散热条件不好，集电结就会在更高的温度上达到热平衡，甚至产生热崩而烧坏管子。

热崩（Thermal runaway）：集电结结温（T j）升高 → 集电极电流（ i C）增大 → P C增大 → T j随之升高 → i C增大 → P C增大 →T j 升高，如此反复，直至T j超过集电结最高允许温度T jM，导致管子被烧坏的一种恶性循环现象。

实践中，为了利于集电结的散热，以提高P CM，双极型功率管都采用集电极直接固定在金属底座上，金属底座又与管壳相连的结构。

此外，金属底座还加装金属散热器（图1-1-4 (b)）散热器：翼状结构，以增大散热面积。

面积越大，厚度越厚，材料的导热率越高，散热效果越好。

二、二次击穿要保证功率管安全工作，除满足由P CM、I CM和V（BR）CEO所规定的安全工作条件外，还要求不发生二次击穿。

二次击穿（Secondary Breakdown）：当集电极电压超过V（BR）CEO，会引起击穿，只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小于V（BR）CEO后，管子恢复正常工作。

如上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，即为二次击穿。

二次击穿的后果：导致过热点的晶体熔化，要引起v CE下降，i C剧增，功率管尚未发烫就已损坏。

是不可逆，破坏性的。

发生条件：它在高压低电流时发生，相应的功率称为二次击穿耐量P SB。

功率放大电路使用双极型功率晶体管外，还使用功率MOS 管，绝缘栅双极型功率管。

1.2 功率放大器的电路组成和工作特性在放大原理上，功率放大器与其它放大器一样，都是能量转换器，但是，由于要求不同，因而在电路组成和运用特性上，功率放大器却有不同的特点。

1.2.1 从一个例子讲起图(a)为放大器的基本电路，现将其作为功率放大器来分析它的功率性能。

由此提示功率放大电路组成及其工作性能上的特点。

功率放大器为大信号放大器，进行分析时，功率器件必须采用一般模型（大信号模型）。

工程上，采用较多的是特性曲线上作负载线的图解分析法。

1．静态工作点的选择：为了使电路在管子不出现饱和、截止失真的条件下，输出功率最大，即输出电压和电流均达到最大幅值，需要把工作点Q 选在负载线的中点。

即LCC L CEQ CQ CCCEQ 22R V R V I V V ≈=≈,2．集电级输出电压和电流（假设V CE （sat ）和I CEO 为0）。

tV V v V v t I I i I i ωωsin sin cm CEQ ce CEQ CE cm CQ c CQ C -=+=+=+=其中，CQ LCEQL cm cm CC CEQcm 2I R V R V I V V V =≈=≈≈,，由此求得：3．电源提供的直流功率P D 、负载功率P L 、集电极耗散功率P CP L 和P C 均由直流和交流两部分合成。

P L 中直流功率2D CQ CEQ P I V =，交流功率4221D CQ CEQ cm cm o P I V I V P ===25Domax C ==∴P P η% 4．讨论：（1）电路组成甲类功放的ηCmax 仅为25%，P D 中仅有1/4转换为有用的输出信号功率，其余均被浪费。

其中，一部分耗散在管子中，大部分（P L 中直流功率P D /2）消耗在R L 上。

提高ηCmax 的办法：①合理选择管子的运用状态（乙类或甲乙类）减小管子消耗功率。

②在管外电路中，采用不消耗直流功率的电路结构，消除R L 上消耗的直流功率。

（2）工作特性当V CC 一定、Q 在负载线中点时，V cm （≈V CC /2）被限定。

要提高输出信号功率，就必须减小R L ，才能增大I cm 。

但，在减小R L 时，还必须同时增大激励电流。

否则，R L 的减小不会增大输出电流，反而会因减小集电极电压振幅而使P O 减小，还会因I CQ 增大而使P D 增大，结果使ηC 降低。

cm cm CQCEQ C CE π2o C cm cm CQ CEQ L 2C π2o L CQCC C C 2πo D 21d π2121d π21d π21I V I V t i v P I V I V t R i P I V t i V P C -==+====⎰⎰⎰ωωω总之，在功率放大器中，要高效率地提升P o，必须减小R L，同时相应增大输入激励电流。

充分激励：与R L相匹配的输入激励（不出现饱和失真的最大激励）。

匹配负载：相应的负载为匹配负载（能使Q处于交流负载线中点的负载）。

5．结论（1）功放在电路组成上，必须采用避免管外电路中无谓消耗直流功率的电路结构。

（2）在工作特性上，输出负载，输入激励和静态工作点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者必须有一个最佳配置。

作业：P70 1-2，1-3，1-61.2.2 甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率性能一、甲类变压器耦合功放1．电路（1）输入端： R B ——偏置电阻 C B ——旁路电容 Tr 1——耦合变压器（2）输出端：Tr 2——耦合变压器，对交流，Tr 2起阻抗变换作用，L 2LR n R ='2．电路分析（1）静态分析根据直流通路，写出直流负载方程：CC CE V v =直流负载线：EF （2）动态分析交流负载线方程：'L c ce R i v -= 又：CCQ C ce CEQ CE i I i v V v +=+=则：交流负载方程可改写为)(CQ C L CEQ CE I i R V v --=-'（1-2-1）上式表明，当CC CEQ CE CQ C V V v I i ===,时，它在两坐标轴上的截距：CQL CEQ CE C L CEQ CQ C CE 00I R V v i R V I i v '',/,+==+==时时（1-2-2）相应画出交流负载线是一条通过Q 点的直线MN ，斜率为－1/'L R 。

（3）功率性能当输入充分激励，Q 处在负载线中点时，忽略非线性失真，且设00CEO CE(sat)==I V ,，则相应的集电极电压和电流分别为：t V V v t I I i ωωsin sin cm CEQ CE cm CQ C -=+=,其中''//L CC L cm CQ cm CC CEQ cm ;R V R V I I V V V ===== （1-2-3）与1-2-1(a)所示电路相比，在匹配负载时，电压信号幅值V cm 由V CC /2增加到V CC ，若呈现在集电极上的负载相等，则输出信号功率增大四倍。

根据上述关系求得%//////5022222D o Cm ax D cm cm CQ CC C D CQ CEO cm cm o L CQCC D ===-======P P P I V I V P P I V I V P P I V P η （1-2-4～7）采用变压器耦合，ηCmax 将由0.25增大到0.5，即P D 的一半转换为P o 。