【清华电路原理●于歆杰】第4章-非线性电阻电路分析PPT课件

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清华大学电路原理于歆杰精品PPT课件

电路中某个支路（或元件）的电压（或电流）的控制。
电路符号
+– 受控电压源
受控电流源
清华大学电路原理教学组
一个受控电流源的例子（MOSFET）
IDS
MOSFET
＋ D
G
＋
S
UDS
IDS
UGS
－
－
电流源
电阻
受控源与独立源的比较:
UDS
(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，而受控源电压(或
电流)直接由控制量决定。
二、欧姆定律 (Ohm’s Law)
(1) 电压电流采用关联参考方向
i
R
+u
uRi
R 电阻 (resistance) 单位： (欧)
清华大学电路原理教学组
令G 1/R
G 电导 (conductance)
单位： S (西) (Siemens，西门子)
欧姆定律(关联参考方向下): i G u
u 关联参考方向下线性电阻器的u-i关系 :
清华大学电路原理教学组
（2）伏安特性 i
+
iS
u
_
u
IS
0
i
（a）若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与端电压无关。
（b）若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是平行于电压轴的直线
（c）电流为零的电流源，伏安特性曲线与 u 轴重合，相当于开路状态。
清华大学电路原理教学组
（3）理想电流源的短路与开路
+
i
（1）短路：R=0， i= iS ，u=0 ，
电流源被短路。
iS
u
R
_

《非线性电阻电路》课件

非线性元件的特征
非线性响应
电流与电压之间的关系不是直线的，而是呈现出非线性特征。
参数的非线性变化
非线性元件的参数，如电阻、电容或电感，可能随着电流或电压的变化而变化。
频率和温度敏感性
非线性元件的特性可能受到频率和温度的影响。
半导体器件作为非线性元件
半导体器件，如二极管和晶体管，是常用的非线性元件。它们的特殊材料和结构使其能够表现出非常有用的非线性特性。
二极管偏置电路
用于稳定二极管工作点以确保它在合适的工作状态。
二极管整流电路
将交流信号转换为直流信号，常用于电源和通信设备。
布拉温管电路
布拉温管是一种非线性元件，它通过控制温度来调节电阻值。这种电路常用于温度补偿和稳压电源设计。
浮压器电路
浮压器电路是一种常见的非线性电阻电路，用于提供稳定的输出电压，适用于各种电源应用。
非线性元件的IV曲线
非线性元件的IV曲线描述了电流与电压之间的关系。这些曲线非常重要，因为它们可以帮助我们分析和设计电路。
非线性电阻电路的应用
1二极管限幅电路2通过限制信号的幅值，确保输出信号在
特定范围内。
3
射极跟随器（Emitter Follower）
4
用于驱动负载电路，可以提高信号的放大和响应能力。
《非线性电阻电路》PPT 课件
通过本课件，我们来探讨非线性电阻电路的原理和应用。了解非线性元件的特征，IV曲线以及不同电路的功能和设计将有助于您深入理解电子电路的复杂性。
什么是非线性电阻电路？
非线性电阻电路指的是使用非线性元件的电路，其中电流和电压的关系不符合欧姆定律。这些电路广泛用于各种电子设备和系统中。
稳压二极管电路

《非线性电路》课件

状态空间法
通过建立和求解状态方程，分析系统的动态行为和稳定性。
05
非线性电路的仿真技术
电路仿真软件介绍
Multisim
一款功能强大的电路仿真软件，适用于模拟和数字电路的仿真，特别适合非线性电路的仿真。
PSPICE
由MicroSim公司开发的一款电路仿真软件，适用于模拟和混合信号电路的仿真。
LTSpice
一款专门用于模拟电路仿真的软件，具有强大的分析功能和直观的用户界面。
仿真步骤与技巧
建立电路模型
根据非线性电路的原理图，在仿真软件中建立相应的电路模型。
设置仿真参数
根据需要，设置适当的仿真参数，如时间步长、仿真类型（稳态或瞬态）等。
运行仿真
设置好参数后，运行仿真，观察仿真结果。
分析仿真数据
04
非线性电路的稳定性分析
稳定性定义
稳定性定义
一个电路在受到扰动后能够回到原来的平衡状态，则称该电路是稳定的。
平衡状态
电路中各元件的电压、电流和功率达到一种相对静止的状态。
扰动
任何能使电路状态发生变化的外部作用，如电源电压波动、元件参数变化等。
稳定性判据
1 2
劳斯稳定判据
通过计算系统的传递函数，确定系统稳定性的判据。
非线性电路在各领域的应用前景
在通信领域，非线性电路可用于信号处理、调制解调和光通信等方面，提高通信系统的性能和稳定性。
在生物医学领域，非线性电路可用于生理信号处理、医学影像和生物信息等方面，为生物医学研究和临床应用提供新的工具和方法。
在能源领域，非线性电路可用于电力电子、电机控制和可再生能源转换等方面，提高能源利用效率和系统稳定性。

笫4章非线性电路及其分析方法ppt课件

I0
1
2
i(t) cos )
I1
1
i(t
)
costdt
I
m
sin (1
cos cos )
In
1
i(t) cos ntdt
Im
2(sin
n cos n cos n n (n2 1)(1 cos
sin )
)
2、折线分析法（续4）
上图
▪ 各式等号右边部分除电流峰值 I m 外，其余为流通角
非线性电阻电路的近似解析分析
1、幂级数分析法（输入为小信号）
▪ 将非线性电阻电路的输出输入特性用一个N阶幂级数近似表示，借助幂级数的性质，实现对电路的解析分析。
例如，设非线性元件的特性用非线性函数i f (v) 来描述。
• 如果 f (v) 的各阶导数存在，则该函数可以展开成以下幂
级数： i a0 a1v a2v2 a3v3
非线性电路与线性电路分析方法的异同点
▪ 基尔霍夫电流和电压定律对非线性电路和线性电路均适用。
▪ 线性电路具有叠加性和均匀性。非线性电路不具有叠加性和均匀性。
▪ 线性系统传输特性只由系统本身决定，与激励信号无关。而非线性电路的输出输入特性则不仅与系统本身有关，而且与激励信号有关。
▪ 线性电路可以用线性微分方程求解并可以方便地进行电路的频域分析。而非线性电路要用非线性微分方程表示，因此对非线性电路进行频域分析与是比较困难的。 ▪对非线性电路（非线性电阻电路）工程上一般采用近似分析手段－－图解法和解析法。
i b0 b2vi2 b3vi3
加在该元件上的电压为：
vi 5cos1t 2 cos2t
(v)
电流 i 中所包含的频谱成份中含有下述频率中的那

高等电路理论与技术PPT课件02 非线性电阻电路分析方法

Us
Uc
1
j1
2
1
2 3 1 j
6
3
j Us
1.3.3 分段线性化法
分段线性法(piecewise-linear technique)的基础是用若干直线段近似地表示非线性电阻元件的 ui 特性。
隧道二极管i u特性的分段线性近似
1.分段线性化方法
非线性元件的特性曲线可划分为许多区域，并且在每个区域中都可以用一段直线段来表示。每个区域中，用线性电路的分析方法来加以求解。
u(t) = U0 + u(t) i(t) = I0 + i(t)
代入KVL 方程 U sus(t)R siu
得 US+ uS(t )= RS [I0 + i(t) ]+ U0 + u(t)
直流工作状态： US= RSI0 + U0
小信号部分：
us(t)R s i(t) u(t)
要寻找△i(t)和△ u(t)的关系：
R1
US
R2
i3
R3
+ u_3
R
i3
U0
R3
+ u_3
其中
U0= US R2 /(R1+R2) , R=R1R2 /(R1+R2)
由此得
U0 =R i3 +20 i31/3 i3 曲线 u3
线性电路一般有唯一解。
非线性电阻电路可以有多个解或没有解。
i
iR + U-S
US +R -ud
A B
i = f ( ud ) C
(b)
is
1uu20 R3
10 3uu20
u* = 2 V

2019年第4章非线性电阻电路分析.ppt

4.1 非线性电阻元件的特性
一、非线性电阻元件
定义：在ui平面或iu平面上的伏安特性曲线不是通过
原点的直线。
1.伏安关系
+u -
u=f(i)或 i=g(u)
i
非线性电阻不满足欧姆定律
非线性电阻的电路符号
3.既非压控又非流控电阻
“十一五”规划教材—电路基础
其电压电流关系不能表达为一个变量的单值函数
或 i Ik Gdku
由上式可知，第k段非线性电阻Rk的特性可以用电压源串联线性电阻来等效，如图(b)所示，称为分段
戴维南电路。或电流源并联电导来等效如图(c)所示，
称为分段诺顿电路。
i
i
i
Rdk
u
Rdk u
u Gdk
Uk
Ik
(a)
(b)
(c)
图4.5.2 非线性电阻及其线性化等效电路
“十一五”规划教材—电路基
f1(u1,i1) f2 (u1, i1)
0
0
(4.3.3b)
用图解法在同一坐标系中画出式(4.3.3a)或式 (4.3.3b)中两个方程的特性曲线，其交点为电路方程的解。
“十一五”规划教材—电路基础
例4.3.1 如图4.3.2(a)所示，设非线性电阻R的电压
电流关系为， i 106 (e4其0u 中1u)A为非线性电阻两端的电压(单位
i
U0 A R0
IQ
i f (u) Q
B
O
UQ
U0 u
3.当uS(t)加入时
u UQ u1
i
IQ
i1
(4.4.4)
u1、i1是由于小信号uS(t)的作用而引起的偏差在

非线性电阻电路的分析方法

非线性电阻电路的分析方法
目录
• 非线性电阻电路概述 • 非线性电阻电路的分析方法 • 非线性电阻电路的特性分析 • 非线性电阻电路的仿真分析 • 非线性电阻电路的设计优化
01
非线性电阻电路概述
定义与特点
定义
非线性电阻电路是指电路中存在非线性电阻元件的电路。非线性电阻元件是指其伏安特性曲线不呈线性的电阻元件，即电阻值随电压或电流的变化而变化。
动态响应特性
总结词
动态响应特性描述了非线性电阻电路对输入信号变化的响应速度和动态过程。
VS
详细描述
非线性电阻电路的动态响应特性与其内部元件的物理特性和电路结构有关。了解这一特性有助于分析非线性电阻电路在不同工作条件下的瞬态行为和稳定性，对于电路设计和优化具有重要意义。
04
非线性电阻电路的仿真分析
作状态。
图解法适用于具有单一非线性电阻的简单电路，如单个二极管或晶体管。
图解法直观易懂，但仅适用于特定类型的电路，且无法处理多个非线性电阻的复杂电路。
数值法
数值法是通过数值计算的方式求解非线性电阻电路的方法。
数值法适用于具有任意非线性电阻特性的复杂电路，如多个二极管或晶体管的组合。
解析法适用于具有简单非线性电阻特性的电路，如分段线性、幂函数等。
它基于电路的数学模型，通过求解代数方程或微分方程来获得电路的电压和电流。
解析法可以提供精确的解，但求解过程可能较为复杂，需要一定的数学技巧和计算能力。
图解法
图解法是通过作图的方式直观地分析非线性电阻电路的方法
。
它通过绘制电压-电流曲线来展示非线性电阻的特性，并根据电路的连接关系判断电路的工
可扩展性
设计应具备可扩展性，便于未来升级和改进。

清华大学电路原理课件4

Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004I 、运算放大器（Op Amp ）及其外特性第4讲理想运算放大器II 、理想运算放大器（ideal Op Amp ）及其外特性III 、负反馈理想运算放大器电路分析Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004I 、运算放大器（Operational Amplifier ）及其外特性运算放大器：•有源电路元件•40～50年代是模拟计算机的基本组成部分. •60年代以来集成度越来越高，稳定性越来越好.可用于直流或低频交流信号的运算和放大.Prescott 内核P4108个晶体管核心面积125mm 2LM324 Op Amp102个晶体管, 120mm 2Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 20041. 电路符号a: 反相输入inverting input ，u-b: 非反相输入noninverting input ，u +O: 输出output, u oOp Amp 是有源器件，必须由直流电源供电。

A ：开环电压增益open-loopvoltage gain ，105~108+_u d u +u-u o_+A +abo : 接地ground º+__+u +u-º+_u o a o+_u d _+A +b V CCV CC : 工作电压working voltage Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004运算放大器消耗的功率：与运算放大器连接的电阻值：运算放大器的输入和输出电阻：W 级k Ω级M Ω级和Ω级Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004令u d =u +-u -u o u d0分三个区域：①线性工作区：|u d |<U ds , 则u o =Au d②正向饱和区：③反向饱和区：u d > U ds , 则u o = U sat u d <-U ds , 则u o = -U sat2. 运算放大器的外特性实际特性U sat -U sat U ds -U ds近似特性+_u d+_u +_+u -_+u o _+A +U ds 通常很小，比如U sat =13V, A =105，则本讲讨论Op Amp 运行于线性区U ds =0.13mVPrinciples of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 20043. 电路模型R i ：运算放大器两输入端间的输入电阻（很大）。

《电路原理》笔记(清华大学于歆杰课程)

第1讲绪论，电压，参考方向，功率
第1部分绪论
科学类研究的本质是探索唯一的终极真理，工程类研究的本质是探索最恰当的折中。

1.电路和中学阶段学过的有什么不同？
1)研究对象更复杂
2)分析方法更多样
3)引入很多重要概念
4)重要观点的有效载体
2.“电路”“电路原理”“电路理论基础”“电路分析基础”这
些课程名称背后的含义？
3.“电路原理”课程和其他课程的关系？
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非线性电阻电路的分析方法(ppt 47页)

5.2 非线性电阻的串联、并联电路
一、非线性电阻的串联
i
+ u
+ u1(i)

+
u2 (i)
i i1 i2 u u1 u2
u
u'
u
' 2
u
' 1
u
' 1
o
i'
u(i) u2 (i) u1 ( i )
i
在每一个 i 下，图解法求 u ，将一系列 u、i 值连成曲线即得串联等效电阻 (仍为非线性)。
由求得的即可求得57用友网络模型求解非线性电阻电路非线性电路用牛顿拉夫逊法求解时采用迭代法主要思想是在处对每一非线性电阻元件线性化每次迭代时用一线性电阻等效非线性电阻并不断修改模型直至计算出要求的结果
第5章非线性电阻电路
5.1 非线性电阻的伏安特性 5.2 非线性电阻的串联、并联电路 5.3 非线性电阻电路的方程 5.4 小信号分析方法 5.5 非线性电阻电路解答的存在与唯一性 5.6 非线性电阻电路方程的数值求解方法
例：一非线性电阻 uf(i)10 i0 i3
(2) 设 u12 = f (i1 + i2 )，问是否有u12= u1 + u2？ (3) 若忽略高次项，当 i = 10mA时，由此产生多
大误差？
( 2 u 1)2 1(0 i1 0 i2)(i1i2)3 1i0 11 0i0 20 i1 3i2 33i1i2(i1i2)
b
i (u)
Q(u0 , i0)
u 0 Us
u
ai
Ri +
+
u
Us

b
ab 以左部分为线性电路，化为戴维南等效电路，其u、i关系为

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伏安特性
UTH 0.025V 25mV 4
2. 线性电阻和非线性电阻的区别
例非线性电阻 u =f (i) =50 i + 0.5i3。
i1 =2A
u1=100+0.58=104V
i2=10A u2 = 500 + 500 = 1000V ≠5×104
当 i = i1 + i2 时
u =50(i1 + i2)+0.5(i1 + i2)3 =50 i1+ 0.5 i13 + 50 i2 +0.5 i2 3 +1.5 i1i2(i1 + i2)
i+
Ru
-
i
i
P
u
u
R u tan const
i
1. 非线性电阻元件（nonlinear resistor）
电路符号
伏安特性（volt-ampere characteristic）
i
u=f(i)
+
u-
i=g(u)
2
例1 隧道二极管 i
i+ u _
0
u
给定一个电压，有一个对应的电流；而给定一个电流，最多可有3个对应的电压值。即 i = f (u)。称为“压控型” 或 “ N型”。
非线性电阻电路有唯一解的一种充分条件：
(1) 电路中的每一电阻的伏安特性都是严格递增的，且每个电阻的电压 u 时，电流分别趋于。
(2) 电路中不存在仅由独立电压源构成的回路和仅由
独立电流源连接而成的节点（更精确的表述为：
构成的割集）。
-
10
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4.2 直接列方程求解
建电路方程
元件性能非线性电路的连接 KCL，KVL 非线性代数方程
第4章非线性电阻电路分析
4.1 非线性电阻和非线性电阻电路 4.2 直接列方程求解 4.3 图解法 4.4 分段线性法 4.5 小信号法 4.6 用MOSFET构成模拟系统的基
本单元——放大器
1 -
4.1 非线性电阻和非线性电阻电路
一、非线性电阻
复习：线性电阻元件（linear resistor）
例1 求u。 i R +u
US
i IS (eu UTH 1)
KCL+KVL＋元件特性：
US R
u
IS
eu UTH 1
11 -
例2 已知i1 = u1 , i2 =u25, i3 =u33 ，求 u 。
u
i1
R1
+ _u1
i2 R2
+ _u2
i3 R3
+ _u3
非线性电阻是压控电阻，则列KCL方程：
3 -
例2 充气二极管
i
i
+
u_
0
u
伏安特性
给定一个电流，有一个对应的电压；而给定一个电压，最多可有3个对应的电流值。即 u = f (i)。称为“流控型”或 “ S型”。
例3 整流二极管
i+ u_
i -IS
i Is (eu UTH 1)
对于硅二极管来说，典型值为
u
IS 1012 A 1pA
=103 sin60t - sin180t A
出现3倍频 !
② 非线性电阻能产生与输入信号不同的频率（变频作用）。
i4=2.010A
u4 = 50 (2+0.01)+ 0.5 (2+0.01)3
2233＋+33××222×2×0.001.0+1
3×2×0.012+0.013
[50 2 +0.5 23]+[500.01+0.5×3×22×0.01]
3
I5
15U
1 5
5
解
I1 I2 I3 0
I3 I4 I5 0
I4 I2 IS 0
13 -
I1 G1(Un1 US )
I2 G2 (Un1 Un3 )
I3
5U
3 3
5(U n1
Un2 )3
I2
Un1
I3
+
U3
I I4
10U
1 4
/
3
10(U n 2
Un3 )1
3
G1
＝f (2) +56×0.01
(50+0.5×3×22)0.01
50i 0.5i3
一个非线性电阻作用效果＋
一个线性电阻作用效果在i=2点附近进行泰勒展开并忽略高阶项
③ 非线性电阻激励的工作范围充分小时，可用工作点处的线性电阻来近似。
6 -
二、非线性电阻电路含有非线性电阻的电路都是非线性电路。
0
US
8 -
例2 i
IS
i
IS1
+
P
uD
-
0
u
-I0
IS2 当 IS > I0 时，有唯一解
当 IS < I0 时，无解
9 -
严格渐增电阻的定义 i
i2 i1
u1 u2
(u2- u1) ( i2-i1 ) > 0
u u = f (i)
du df (i) 0 di di
伏安特性严格渐增
1
I5
15U
1 5
/
5
15U
15 n2
+
则节点方程为
US
-
G2
Un2 I4
+
+
U5
- I5
U4 -
Un3 IS
G1(Un1 US ) G2 (Un1 Un3 ) 5(Un1 Un2 )3 0
5(Un1
Un2 )3
10(Un2
Un3 )1
3
15U
15 n2
0
10(Un2 Un3 )1 3 G2 (Un1 Un3 ) IS 0
注意： KCL和KVL对非线性电路都适用。叠加定理对非线性电路是不成立的。
7 -
三、非线性电阻电路解的存在性和唯一性
线性电路一般有唯一解。非线性电阻电路可以有多个解或没有解。
例1
iR
+
+
US
ud
-
-
R i + ud = US i = f ( ud )
i
US A
R
B
i = f ( ud )
C
ud
i1+i2+i3=0
+
+
+
2V_
1V_
4V_
u1+u25+u33=0
u-2+(u-1)5+(u-4) 3=0
u
12 -
例3 G1和G2为线性电导，非线性电阻为压控电阻，列节点方
程。
I2
G2
Un1
I3Βιβλιοθήκη Un2 I4+
U3
+
+ U4 -
Un3
I3
5U
3 3
G1 I1
+
US
-
U5
- I5
IS
I4
10U
1 4
14 -
例4 已知 u3 =20 i31/3, 求节点电压 u 。
i1
R1
u
+
u1
+
i2
i3 +
US il1
u2 R2 il2
u3
-
-
非线性电阻为流控型电阻，则列 KVL方程。
R1il1 R2 (il1 il 2 ) US R2 (il1 il 2 ) 20il123 0
= u1 + u2 +1.5 i1i2(i1 + i2)
u1 + u2
① 齐次性和叠加性不适用于非线性电路。
5 -
例非线性电阻 u =f (i) =50 i + 0.5 i3
4 sin3t =3 sint - sin3t
i3=2 sin60t A u3=50 2 sin60t +0.5 8 sin360t =100 sin60t +3 sin60t - sin180t