电子电路基础--理论课11
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VTH 0 4.6875V
VTH0
RTH 1.9375k
可以采用牛顿拉夫逊迭代法求解：同学自行练习，假设IS0=10fA 这里采用分段折线法：判断二极管是导通的，则用0.7V恒压源替代
I D0 V 0.7 4.6875 0.7 TH 0 2.058mA RTH 1.9375k
李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 2
一、单端口非线性电阻
iTH 线 性 网 络 RTH RNL vTH vNL RNL iNL
戴维南等效
假设线性网络中包含直流偏置电源和交流小信号激励源
戴维南等效源也可分解为直流项和交流项 假设交流信号很小
李国林 电子电路与系统基础
vTH t VTH 0 vTHac t
数 学 描 述
iTH RTH vTH
iNL
vTH v NL iTH i NL f v NL RTH
RNL
vNL
vTH t VTH 0 vTHac t
v NL V0 vac t
iNL I 0 iac t
交流小信号
戴维南等效
VTH 0 vTHac t V0 vac t f V0 vac t f V0 f V0 vac t RTH
vTHac
R2 1 VB 3 cos t 0.1875 cos t V R1 R2 15 1
RTH RL R1 || R2 1k 15k ||1k 1.9375k
李国林析
D RTH
例2 隧道二极管负阻放大器
耦合电容
CC1
耦合电容 高 频 扼 流 圈
VB 0.25V CC2
1 0.9 0.8 0.7
偏置在负阻区
RFC vs 0.05cost
负载
D RL 250 vL
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
隧道二极管
交流小 信号激 励源
直流偏置电压源
0
0.1
0.2
高频扼流圈
耦合电容可抽象为微分内阻为0的恒 压源，交流分析时视为短路 对偶元件 高频扼流圈可抽象为微分内导为0的 恒流源，交流分析时视为开路
• 高频扼流圈（Radio Frequency Choke，射频 扼流圈）是大电感，具有直流短路，交流 开路特性
iL t I 0 I m cos t
期中考试时间：5月23日上午8:30-10:30 地点： 三教2101 2011010957-2014011102 95人 三教2102 2014011103-2014011201 95人 三教2302 2014011202-2014080035 95人
电子电路与系统基础I
理论课第十一讲 局部线性法原理
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i
iNL=f(vNL)
RTH vTH
iTH
iNL
图 解 端口对接，图解法分析 法 原 理 性 分 析 只要交流信号足够小，非线性即可局部线性化处理，从而电路中的电压、电流都 可以分解为直流分量加小信号交流分量，且交流分量变化规律完全由激励源决定：
vNL RNL
i NL I 0 iac t
Q V0 , I 0
戴维南等效
I 0 I om sin t
VTH0
O
vac t 1 rd iac t f V0
v
v NL V0 vac t
V0 Vom sin t
vTH VTH 0 vTHac t VTH 0 Vim sin t
戴维南等效
i
i f v
i f V0 v
v 1 rd i f V0
2015年春季
I0
v
O
V0
直流工作点上， 极小的电压电 流波动，波动 电压、电流近 似为线性关系： 局部线性关系： 线性比值定义 为微分电阻
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交 直 流 分 析
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
i f v 17.05v 119.57v 2 317.42v 3 375.42v 4 166.66v 5
根据测量结果拟合的伏安特性方程
电压单位：伏特 电流单位：毫安
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耦合电容
RTH 1.9375k
vTHac 0.1875 cos t V
VTH 0 4.6875V
vL iL RL iD RL 2058 96 cos t mV 2.058 0.096 cos t V
分段折线分析结果：
iD I D0 id 2.058 0.096 cos t mA
• 耦合电容（Coupling Capacitor）是大电容， 具有直流开路，交流短路特性
vC t V0 Vm cos t
dvC t iC t C CVm sin t I m cos t 90 dt
直流电流为0 直流开路 交流电流和频率成正比，如果频率 很高，则可抽象为短路线（电流随 意，电压为零）
非线性电路的交直流分析方法
李国林 清华大学电子工程系
局部线性法原理 大纲
• 单端口非线性电阻
– 局部线性化原理 – 两个例子
• PN结二极管：微分电阻 • 隧道二极管：微分负阻做放大器
– 耦合电容，扼流圈分析 – 能量转换 – 线性范围
• 二端口非线性电阻
– 局部线性化原理 – CE组态放大器分析例
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分段折线模 型假设微分 电阻为0， 误差是否可 以接受？
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线性电路戴维南等效
D R1 15k vs 3cost R2 1k VB 5V RTH RL 1k vL vTH D
VTH 0
R1 15 VB 5 4.6875V R1 R2 15 1
t
t
交流小信号符合线性规律：交流信号足够小，局部对交流信号而言则是线性的
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局部线性：微分电阻
iTH RTH vTH vNL RNL iNL
i f v f V0 v 1 1 f V0 v 2 f V0 v 3 ... 2! 3! f V0 f V0 v I 0 i f V0 f V0 v
VTH0
vTHac
I D0 2.058mA
rd 12.63
vTHac 0.1875 cos t id 96.15 cos t A RTH rd 1937.5 12.63
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总响应：直流加交流
D R1 15k vs 3cost R2 1k VB 5V RTH RL 1k vL vTH D
后 交 流 小 信 号 分 析
vac
i
rd vTHac RTH rd
iac i I 0
iac
RTH vTHac
iac vac rd
vac
rd
交流小信号分析是在小信号 坐标系中考察的 直流源的作用体现在坐标系 vac 的搬移上
vac v V0
v
QV0 , I 0
O
VTH0
先 直 流 分 析
获得直流工作点Q(V0,I0)的 方法不限，可以是解析法、 数值法、图解法，如果精 度要求不很高，也可采用 分段折线法。
iNL=f(vNL)
i
VTH 0 RTH
I0
QV0 , I 0
1 RTH
V0
O
VTH0
v
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iac
t
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例1：二极管开关传输例
R1 15k vs 3cost R2 1k VB 5V D
RL 1k
vL
iD
VB=0，二极管截止，信号无法传输
O 0.7V
vD
VB=5V，二极管导通，信号可以传输 分段折线模型分析时，二极管开关导通则0.7V恒压源替代， 0.7V恒压源微分电阻为0，故而对小信号而言，二极管是短接 的？这个分析误差有多大？这里考虑其非零的微分电阻
和时间无关的直流项：
VTH 0 V0 f V0 I 0 RTH
随时间相同规律变化的交流项：
vTHac vac vac f V0 vac iac RTH rd
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电路分析可分解为直流非线性分析和交流小信号线性分析
交 直 流 分 析
电 路 描 述
I m Vm 0 C
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耦合电容高频抽象为短路线
vC t V0 Vm cos t
2 2
vC t V0 iC t cos t 2 sin t 2 1 V CV m m
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rd
vT 26mV 12.63 I D 0 2.058mA
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直流工作点上求微分电阻 很小，接近于0 12
后交流小信号分析
D RTH
vTHac t 0.1875 cos t V
