第17章 非线性电路

第十七章非线性电路简介非线性元件中的电压和电流之间的关系是非线性的，有时不能用函数是来表示，要靠对应的曲线来表征其特征，这一特点是分析非线性电路的困难所在。

与线性电路的一个根本区别就是不能使用叠加定理和齐性定理。

但是分析非线性电路的基本依据仍然是KCL、KVL和元件的特性方程。

一、基本要求1、掌握非线性电阻元件的电特性；2、掌握含非线性电阻电路方程的建立；3、掌握非线性电路的计算方法—图解法和小信号分析法。

二、重点和难点重点：1. 非线性元件的特性；2. 非线性电路的小信号分析法；难点：非线性电阻电路方程的列写。

三、学时安排共计4学时四、基本内容§17.1 非线性电阻1．非线性电路在线性电路中, 线性元件的特点是其参数不随电压或电流而变化。

如果电路元件的参数随着电压或电流而变化, 即电路元件的参数与电压或电流有关, 就称为非线性元件, 含有非线性元件的电路称为非线性电路。

实际电路元件的参数总是或多或少地随着电压或电流而变化, 所以严格说来, 一切实际 电路都是非线性电路。

但在工程计算中，可以对非线性程度比较弱的电路元件做为线性元件来处理, 从而简化电路分析。

而对许多本质因素具有非线性特性的元件，如果忽略其非线性特性就将导致计算结果与实际量值相差太大而无意义。

因此，分析研究非线性电路具有重要的工程物理意义。

2．非线性电阻线性电阻元件的伏安特性可用欧姆定律来表示, 即Ri u =, 在 i u -平面上它是通过坐标原点的一条直线。

非线性电阻元件的伏安关系不满足欧姆定律, 而是遵循某种特定的非线性函数关系。

非线性电阻在电路中符号如图 17.1（a ）所示 。

图 17.1(a) 图 17.1 (b) 图 17.1 (c)（1）电流控制型电阻： 非线性电阻元件两端电压是其电流的单值函数, 它的伏安特性可用下列函数关系表示：)(i f u =其典型的伏安特性如图17.1（b ）所示 , 从其特性曲线上可以看到: 对于同一电压值, 与之对应的电流可能是多值的。

第17章 非线性电路勤学 务实 园融 卓越宋绍民1本章内容提要‹ 概述 ‹ 非线性电阻 ‹非线性电容和非线性电感 ‹ 非线性电路的方程 ‹ 小信号分析法 ‹ 分段线性化分析法 ‹ 补充内容Circuit Analyse21、非线性电路概述1、非线性元件与非线性电路9 非线性元件：参数随着电压或电流而变化(即参数与电压或电流有关)的电路元件。

9非线性电路：至少含有一个非线性元件的电路。

2、研究非线性电路的意义9 实际电路元件和实际电路本质上都具有非线性，若忽略其非线性特征，则发生在电路中的某些物理现象将无法得以解释，因而非线性电路的研究具有 重要现实意义。

3、研究非线性电路的依据9 同线性电路一样，分析非线性电路基本依据仍然是KCL、KVL和元件的伏安特性。

Circuit Analyse32、非线性电阻1、非线性电阻的概念9 定义：伏安关系不满足欧姆定律而遵循某种特定的非线性函数关系的元 件，元件参数随电压或电流变化。

9 电路符号：i +R u –如 u=f (i)i0Circuit Analyseu42、非线性电阻2、非线性电阻的种类9 电流控制电阻： • 电阻两端电压是其电流的单值函数。

•伏安关系：u = f (i ) •对于同一电压，有多个电流值与之对应。

•例如，某些充气二极管就具有这样的特性。

9 电压控制电阻： • 电阻中电流是其两端电压的单值函数。

•伏安关系：i = f (u) •对于同一电流，有多个电压值与之对应。

•例如，某些隧道二极管就具有这样的特性。

Circuit Analyse N和S型都有一下倾段—电流随电压增大而减少i0“S”形特性曲线ui下 倾 段0“N”形特性曲线u52、非线性电阻9 单调型电阻： • 既是流控型又是压控型。

• 伏安关系：单调增长或单调下降。

•例如，PN结二极管就有这样的特性。

伏安特性： i = I s (e −1) u = kT ln( 1 i +1) q Isqu kTii + u – 0 u(1) (2)式中：k—波尔兹曼常数(1.38 ×10–23J/k)； IS —常数，反向饱和电流； q — 电子电荷(1.6×10–19C)； T — 热力学温度。

第十七章 非线性电路简介17.1 学习要点含有非线性元件的电路称为非线性电路。

本章简要介绍非线性电阻元件及含有非线性电阻电路的分析方法。

要求理解非线性电阻元件的特性，掌握非线性电路的分析方法—小信号分析法。

17.2 内容提要 17.2.1 非线性电阻1.定义含有非线性元件的电路称为非线性电路，实际元件都是非线性的，而当其非线性程度比较薄弱时，即可作为线性元件来处理。

线性电阻元件的伏安关系满足欧姆定律Ri u =，在i u -平面上是一条通过原点的直线。

非线性电阻元件的伏安特性不满足欧姆定律，在i u -平面上不是直线。

非线性电阻元件的图形符号如图17.1（a ）所示。

（1）若电阻元件两端的电压是其电流的单值函数，这种电阻称为电流控制型的非线性电阻，其伏安关系可表示为)(i f u = （17-1）它的典型伏安特性如图17.1（b ）所示。

（2）如果通过电阻的电流是其两端电压的单值函数，这种电阻称为电压控制型的非线性电阻，其伏安关系可表示为)(u g i = （17-2）它的典型伏安特性如图17.1（c ）所示。

2.动态电阻非线性电阻元件在某一工作状况下（如图17.2中P 点）的动态电阻为该点的电(c)(a)(b)i图17.1uiu 0压对电流的导数，即didu R d =图17.2中P 点的动态电阻正比于tan β（区别于其静态电阻R ，R 正比于tan α）。

3.静态工作点如图17.3（a ）所示电路由线性电阻R 0和直流电压源U 0及一个非线性电阻R 组成（其虚线框也可由复杂网络等效而得）。

设非线性电阻的伏安特性如图17.3（b ）所示，并可表示为式（17.2）。

根据KVL 和KCL ，对此电路列方程有 u i R U +=00或 i R U u 00-= （17-3） 是虚线方框一侧的伏安特性，如图17.3（b ）中直线AB 所示。

直线AB 与伏安特性)(u g i =的交点（U Q ，I Q ），同时满足式（17-3）和式（17-2），所以有：Q Q U I R U +=00 )(Q Q U g I =交点Q （U Q ，I Q ）称为电路的静态工作点。

第十七章 非线性电路简介17．1 基本概念17．1．1 非线性元件与非线性电路 1． 非线性电阻（1） 定义：线性电阻的电压、电流关系是i u -平面上一条过原点的直线，否则称为非线性电阻，用函数)(i u u =或)(u i i =来表示。

（2） 分类：根据电压与电流的函数关系，非线性电阻可以区别成:电压控制型（电流是电压的单值函数，简称压控型）、电流控制型（电压是电流的单值函数，简称流控型）、单调型（电压是电流的单调函数）。

2． 非线性电感（1） 定义：线性电感的磁链、电流关系是i -ψ平面上一条过原点的直线，否则称为非线性电感，用函数)()(ψψψi i i ==或来表示。

（2） 分类：根据磁链与电流的函数关系，非线性电感可以区别成：电源控制型（磁链是电流的单值函数，简称流控型）、磁链控制型（电流是磁链的单值函数，简称链控型）、单调型（磁链是电流的单调函数）。

3． 非线性电容（1） 定义：线性电容的电荷、电压关系是u q -平面上一条过原点的直线，否则称为非线性电容，用函数)()(q u u u q q ==或来表示。

（2） 分类：根据电荷与电压的函数关系，非线性电容可以区别成：电压控制型（电荷是电压的单值函数，简称压控制）、电荷控制型（电压是电荷的单值函数，简称荷控制）、单调型（电荷是电压的单调函数）。

4． 非线性电路及其工作点用非线性方程描述的电路称为非线性电路，通常是指含有非线性元件的电路；不含动态元件的非线性电路称为非线性电阻电路，描述非线性电阻电路的方程是非线性代数方程；含有动态元件的非线性电路称为非线性动态电路，描述非线性动态电路的方程是非线性微分方程。

工作点：非线性电路的直流解称为工作点，它对应特性曲线上的一个确定位置。

5． 非线性元件的静态参数和动态参数（1） 静态参数：工作点与原点相连的直线的斜率，即：静态电阻：)()(Q i Q u RQ=，静态电感：)()(Q i Q L Q ψ=，静态电容：)()(Q u Q q C Q=。