《电路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十七章 非线性电路简介

第十七章非线性电路简介 171非线性电阻的伏安特性 17,2非线性电阻的串联、并联电路 173非线性电阻电路的方程 174小信号分析方法

第十七章 非线性电路简介 17.1 非线性电阻的伏安特性 17.2 非线性电阻的串联、并联电路 17.3 非线性电阻电路的方程 17.4 小信号分析方法

171非线性电阻的伏安特性 、线性电阻元件 电阻值大小与n、i无关(R为常数),其伏安特性 为一过原点的直线。线性电阻的n、i取关联参考 方向时,、i系符合欧姆定律。 i|+ ru uu R=:=tga=const

17.1 非线性电阻的伏安特性 一、线性电阻元件 电阻值大小与u、i 无关（R为常数），其伏安特性 为一过原点的直线。线性电阻的u、i取关联参考 方向时，u、i关系符合欧姆定律。 = = tg = const i u R i u P u i  u i R

、非线性电阻元件 线性电阻元件的伏安特性不满足欧姆定律,而 遵循某种特定的非线性函数关系。其阻值大小与u、 i有关,伏安特性不是过原点的直线。 非线性电阻元件的图形符号与伏安函数关系: u=f(i) i=g(u) 流控电阻 非线性电阻元件分类压控电阻 单调型电阻

二、非线性电阻元件 非线性电阻元件的伏安特性不满足欧姆定律，而 遵循某种特定的非线性函数关系。其阻值大小与u、 i 有关，伏安特性不是过原点的直线。 u = f ( i ) i = g ( u ) 非线性电阻元件的图形符号与伏安函数关系: 流控电阻 压控电阻 单调型电阻 + u − i 非线性电阻元件分类

1流控电阻:电阻两端电压是其电流的单值函数。 对每一电流值有唯一的电压与 之对应,对任一电压值则可能 有多个电流与之对应(不唯一) 某些充气二极管具有类似伏安特 性 流控电阻的伏安特性呈“S”型 2压控电阻:电阻两端电流是其电压的单值函数。 对每一电压值有唯一的电流与 之对应,对任一电流值则可能 有多个电压与之对应(不唯一) 隧道二极管(单极晶体管)具有 u此伏安特性。 压控电阻的伏安特性呈“N”型

1 流控电阻：电阻两端电压是其电流的单值函数。 u i 0 对每一电流值有唯一的电压与 之对应，对任一电压值则可能 有多个电流与之对应(不唯一)。 某些充气二极管具有类似伏安特 性。 流控电阻的伏安特性呈“S”型。 2 压控电阻：电阻两端电流是其电压的单值函数。 对每一电压值有唯一的电流与 之对应，对任一电流值则可能 有多个电压与之对应(不唯一)。 隧道二极管( 单极晶体管)具有 此伏安特性。 压控电阻的伏安特性呈“N”型。 u i 0

“S”型和“N”型电阻的伏安特性均有一段下倾段,在 此段内电流随电压增大而减小。 3单调型电阻:伏安特性单调增长或单调下降。 Ⅱ、i一对应,既是压控又是流控。 P-N结二极管具有此特性。 u、i关系具有方向性

“S”型和“N”型电阻的伏安特性均有一段下倾段，在 此段内电流随电压增大而减小。 u i 0 u i 0 3 单调型电阻：伏安特性单调增长或单调下降。 u、i 一一对应，既是压控又是流控。 P−N结二极管具有此特性。 u、i 关系具有方向性。 u + − i

其伏安特性可用下式表示: i=I(ekr-1) 其中:——反向饱和电流(常数) q——电子电荷,16×10-C k—玻尔兹曼常数,138×1023J/K T—热力学温度(绝对温度) 当T=300K(室温下时,即摄氏27°C ≈40(JC)=401(J= kT 则i=I(e 40u 1 u可以用i表示 对应 kT i =ln(+1) i可以用u表示

其伏安特性可用下式表示： (e 1) = s − kT qu i I 其中： Is —— 反向饱和电流 ( 常数 ) q —— 电子电荷，1.610−19C k —— 玻尔兹曼常数，1.3810−23 J/K T —— 热力学温度（绝对温度） （ ） 则 （ ） （ 当 室温下 时，即摄氏 ln 1 1 40 / ) 40 ([ ] [ ]) 300K( ) 27 C S 4 0 S 1 1 = + = −  = = =  − − I i q kT u i I e J C V J VIt kT q T u u 可以用 i 表示 i 可以用 u 表示 一一对应

非线性电阻的静态电阻R和动态电阻Ra β P 静态电阻R,==ta,G du 动态电阻R3=d=如B d 说明:(1)静态电阻与动态电阻不同,它们都与工作点 有关。当P点位置不同时,R、与R4均变化

三、非线性电阻的静态电阻 Rs 和动态电阻 Rd 静态电阻 动态电阻 s tg , G i u Rs = =    i u P d d tg , d d G i u R = =  说明：(1)静态电阻与动态电阻不同，它们都与工作点 有关。当P点位置不同时，Rs与 Rd 均变化

(2)R反映了某一点时u与的关系,而R反映了在 某一点u的变化与i的变化的关系,即u对i的变 化率。 (3)对“S”型、“N”型非线性电阻,下倾段R为负, 因此,动态电阻具有“负电阻”性质 例:一非线性电阻=f(i)=10083 (1)分别求i1=2A,i2=2Sm314A,i=10A时 对应电压u1,a2,a3; (2)设u12=f(1+i2),问是否有u12=1+2 (3)若忽略高次项,当i=10mA时,由此产生多 大误差?

(2) Rs反映了某一点时u 与 i 的关系，而Rd 反映了在 某一点 u 的变化与 i 的变化的关系，即u 对i 的变 化率。 (3) 对“S”型、“N”型非线性电阻，下倾段Rd 为负， 因此，动态电阻具有“负电阻”性质。 例：一非线性电阻 3 u = f (i ) = 100i + i (1) 分别求 i1 = 2A， i2 = 2Sin314t A， i3 = 10A时 对应电压 u1，u2，u3； (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？

例:一非线性电阻a=f(i)=100+3 (1)分别求i1=2A,2=2Sin314A,i3=10A时 对应电压u1,a2,a3; u1=100+=208V L1=100i,+ 200sin 314t+sin 314t ( sin 30=3sine-4sing 200sin 314t+sin 314t-2sin 942t 206sim314t-2sin942u2中出现了3倍频 l3=1003+i3=2000

例：一非线性电阻 3 u = f (i ) = 100i + i (1) 分别求 i1 = 2A， i2 = 2Sin314t A， i3 = 10A时 对应电压 u1，u2，u3； 100 208V 3 u1 = i 1 + i 1 = 206sin314 2sin942 V 中出现了3倍 频 200sin314 6sin314 2sin942 200sin314 8sin 314 ( sin3 3sin 4sin ) 100 2 3 3 3 2 2 2 t t u t t t t t θ θ θ u i i = − = + − = + = − = +  100 2000V 3 u3 = i 3 + i 3 =

例:一非线性电阻u=f(i)=1009 (2)设u12=f(i1+i2),问是否有a12=1+2 (3)若忽略高次项,当i=10mA时,由此产生多 大误差? (2)L2=10064+i2)+(i1+i2)3 =100i1+100i2+i+过2+3i2(i1+2) l1+l2=100i1+i+100i2+i2 u12≠1+2非线性电路不满足叠加 (3)=100i+=100×0.01+0.013=1+10V 忽略高次项,u=100×0.01=1V 此时,仅引起10-6V误差(线性化)

100 100 3 ( ) (2) 100( ) ( ) 1 2 1 2 3 2 3 1 2 1 3 1 2 1 2 1 2 i i i i i i i i u i i i i = + + + + + = + + + 此时，仅引起 误 差（线性化） 忽略高次项， 10 V 100 0.01 1V (3) 100 100 0.01 0.01 1 10 V 6 3 3 6 − −  =  = = + =  + = + u u i i 例：一非线性电阻 3 u = f (i ) = 100i + i (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？ 3 2 2 3 u1 + u2 = 100i 1 + i 1 +100i + i u12  u1 + u2 非线性电路不满足叠加性