课件：非线性器件描述及应用.ppt

2.1 概述 无线电元件 线性元件 时变参量元件 非线性元件 ：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压无关。 ：元件参数与通过元件的电流或施于其上的电压有关。 ：元件参数按照一定规律随时间变化。 不同的元件对应于不同的电子线路：1、线性电子线路；2、非线性电子线路；3、时变参量电路。 2.1 概述 图2.1.1 串联电路 线性电路时 描述线性电路、时变参量电路和非线性电路的方程式分别是常系数线性微分方程、变系数线性微分方程和非线性微分方程。 时变参量电路时 非线性电路时 2.1 概述 在无线电工程技术中，较多的场合并不用解非线性微分方程的方法来分析非线性电路，而是采用工程上适用的一些近似分析方法。这些方法大致分为图解法和解析法两类。所谓图解法，就是根据非线性元件的特性曲线和输入信号波形，通过作图直接求出电路中的电流和电压波形。所谓解析法，就是借助于非线性元件特性曲线的数学表示式列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压。 ?2.1 高频电路中的元件、器件和组件 2.1.1高频电路中的元器件 各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同,但要注意它们在高频使用时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器),它们都属于无源的线性元件。 1．高频电路中的元件 1） 电阻 一个实际的电阻器, 在低频时主要表现为电阻特性, 但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面, 而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。 ?2.1 高频电路中的元件、器件和组件 一个电阻R的高频等效电路如图2-1所示, 其中, CR为分布电容, LR为引线电感, R为电阻。 图2-1 电阻的高频等效电路 ?2.1 高频电路中的元件、器件和组件 2） 电容 由介质隔开的两导体即构成电容。一个电容器的等效电路如图2-2（a）所示。理想电容器的阻抗1/(jωC), 如图2-2（b）虚线所示,其中,f为工作频率,ω=2πf。 图2 — 2 电容器的高频等效电路 (a) 电容器的等效电路; （b） 电容器的阻抗特性 ?2.1 高频电路中的元件、器件和组件 3） 电感 高频电感器与普通电感器一样,电感量是其主要参数。电感量L产生的感抗为jωL,其中,ω为工作角频率。 高频电感器也具有自身谐振频率SRF。在SRF上,高频电感的阻抗的幅值最大,而相角为零,如图2-3所示。 图 2-3 高频电感器的自身谐振频率SRF ?2.1 高频电路中的元件、器件和组件 2．高频电路中的有源器件 用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。 1） 二极管 半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中,工作在低电平。 2） 晶体管与场效应管（FET） 在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好,在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有两大类型:一类是作小信号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增益和低噪声; 另一类为高频功率放大管, 除了增益外, 要求其在高频有较大的输出功率。 ?2.1 高频电路中的元件、器件和组件 3） 集成电路 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多, 主要分为通用型和专用型两种。 2.1.2高频电路中的组件 高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐振）回路、高频变压器、谐振器与滤波器等, 它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。 2.2 非线性元件的工作特性 图 2.2.1 线性电阻的伏安 特性曲线 图 2.2.2 半导体二极管的伏安 特性曲线 与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是直线。 2.2 非线性元件的频率变换作用 图2.2.4 线性电阻上的电压 与电流波形 图 2.2.5 正弦电压作用于二极管 产生非正弦周期电流 输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。可知，电流中包含电压中没有的频率成分。 2.2 非线性元件的频率变换作用 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 2.2.2 非线性元件的频率变换作用 假设传输特性 设： 则 中有： 直流分量； 基波分量和谐波分量： 组合频率分