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1、学习要点本本 节节 学学 习习 要要 点点 和和 要要 求求非线性元件的工作特性非线性元件的工作特性非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用非 线 性 电 路 不 满 足 叠 加 原 理非 线 性 电 路 不 满 足 叠 加 原 理返回返回第1页/共18页主 页非 线 性 元 件 的 特 性 主 页非 线 性 元 件 的 特 性 主 页 使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键进入下一页。结束结束非 线 性 元 件 的 工 作 特 性非 线 性 元 件 的 工 作 特 性非线性元件的频率变换作
2、用非线性元件的频率变换作用非线性电路不满足叠加原理非线性电路不满足叠加原理西藏西藏 古格废墟古格废墟返回返回第2页/共18页一、非 线 性 元 件 的 工 作 特 性1 1、线 性 元 件一、非线性元件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 通通过过元元件件的的电电流流i i与与元元件件两两端端的电压的电压v v成正比，即成正比，即R=R=v v /i i则此元件称为线性元件。则此元件称为线性元件。1 1、线性元件（如电阻）、线性元件（如电阻）线性电阻的伏安特性曲线线性电阻的伏安特性曲线继续继续本页完本页完OOv vi i 其其伏伏安安特特性性曲曲线线为为通通过过原原点点的直线。的
3、直线。R=R=1 1tantan 由伏安特性曲线知电阻由伏安特性曲线知电阻R R的的几何意义为：几何意义为：第3页/共18页2 2、非 线 性 元 件(1)(1)非 线 性 元 件 的 直 流 电 阻 R R一、非线性元件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 伏伏安安特特性性曲曲线线不不是是直直线线的的元元器件，为非线性元件。器件，为非线性元件。显显然然，在在曲曲线线上上不不同同的的点点，得得出出的的直直流流电电阻阻是是不不相相同同的的，这是非线性元件的特点。这是非线性元件的特点。2 2、非线性元件（如二极管）、非线性元件（如二极管）半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特
4、性曲线继续继续本页完本页完OOv vi i=1 1tantan (1)(1)非线性元件的直流电阻非线性元件的直流电阻R RR=R=V V0 0I I0 0QQ 在二极管上加一直流电在二极管上加一直流电压压V V0 0，则可根据伏安特性曲，则可根据伏安特性曲线上得到直流电流线上得到直流电流I I0 0，二二者之比称为直流电阻。者之比称为直流电阻。V V0 0I I0 0V V0 0I I0 0 几何意义为：几何意义为：QQ点与点与OO点点间割线斜率的倒数。间割线斜率的倒数。第4页/共18页(2)Q(2)Q 点 的 动 态 电 阻 r r 一 般 二 极 管 的 动 态 电 阻 r r一、非线性元
5、件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 伏伏安安特特性性曲曲线线不不是是直直线线的的元元器件，为非线性元件。器件，为非线性元件。显显然然，在在曲曲线线上上不不同同的的点点，得得出出的的直直流流电电阻阻是是不不相相同同的的，这是非线性元件的特点。这是非线性元件的特点。半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线继续继续本页完本页完OOv vi i=1 1tantan (2)(2)QQ点的动态电阻点的动态电阻r r(交流电阻交流电阻)(1)(1)非线性元件的直流电阻非线性元件的直流电阻R RR=R=V V0 0I I0 0V V0 0I I0 0V V0 0I I0 0 几何
6、意义为：几何意义为：QQ点切线点切线斜率的倒数。斜率的倒数。=1 1tantan r=r=limlim=v v i id dv vd di i v v0 0 显然，曲线上不同的点，其显然，曲线上不同的点，其动态电阻动态电阻r r的大小是不一样的。的大小是不一样的。QQ2 2、非线性元件（如二极管）、非线性元件（如二极管）在在QQ点点附附近近取取 v v与与 i i的的比比值值，并并令令 v v趋趋于于0 0时时比比值值的的极限称为极限称为QQ点的交流电阻。点的交流电阻。第5页/共18页 一、非线性元件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 伏伏安安特特性性曲曲线线不不是是直直线线的
7、的元元器件，为非线性元件。器件，为非线性元件。继续继续半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线OOv vi i QQV V0 0I I0 0=1 1tantan r=r=limlim=v v i id dv vd di i v v0 02 2、非线性元件（如二极管）、非线性元件（如二极管）第6页/共18页 隧 道 二 极 管 的 动 态 电 阻 r r一、非线性元件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 伏伏安安特特性性曲曲线线不不是是直直线线的的元元器件，为非线性元件。器件，为非线性元件。继续继续半导体二极管的伏安特性曲线半导体二极管的伏安特性曲线OOv vi i Q
8、QV V0 0I I0 0=1 1tantan r=r=limlim=v v i id dv vd di i v v0 0隧道二极管的伏安特性曲线隧道二极管的伏安特性曲线本页完本页完QQ i i v v 隧隧道道二二极极管管在在某某些些区区域域上上的的动动态态电电阻阻为为负负值值，即即r r0v0 0时，时，ii0 0，显然动态电阻为负值。，显然动态电阻为负值。OOv vi i第7页/共18页 总 结一、非线性元件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 伏伏安安特特性性曲曲线线不不是是直直线线的的元元器件，为非线性元件。器件，为非线性元件。继续继续=1 1tantan r=r=li
9、mlim=v v i id dv vd di i v v0 0本页完本页完 一般的非线性电阻元件有一般的非线性电阻元件有静态和动态两个电阻值，它静态和动态两个电阻值，它们都与工作点有关。动态电们都与工作点有关。动态电阻值可能是正的，也可能是阻值可能是正的，也可能是负的。实际上，晶体管、场负的。实际上，晶体管、场效应管等也属于非线性电阻效应管等也属于非线性电阻元件。元件。此外，还有非线性电抗元此外，还有非线性电抗元件，如磁心电感线圈，它的件，如磁心电感线圈，它的动态电感与通过电感线圈电动态电感与通过电感线圈电流流i i的大小有关。另外还有一的大小有关。另外还有一种介质是钛酸钡材料的电容种介质是钛
10、酸钡材料的电容器，它的动态电容与电容器器，它的动态电容与电容器上所加的电压上所加的电压v v有关。有关。2 2、非线性元件（如二极管）、非线性元件（如二极管）隧隧道道二二极极管管在在某某些些区区域域上上的的动动态态电电阻阻为为负负值值，即即r r00，称称为为负负电电阻阻。其其物物理理意意义义为为：负负电电阻器件可以提供能量。阻器件可以提供能量。第8页/共18页 非 线 性 元 件 的 工 作 特 性 内 容 结 束 页一、非线性元件的工作特性一、非线性元件的工作特性非线性元件的特性 伏伏安安特特性性曲曲线线不不是是直直线线的的元元器件，为非线性元件。器件，为非线性元件。继续继续=1 1tan
11、tan r=r=limlim=v v i id dv vd di i v v0 0本页完本页完 一般的非线性电阻元件有一般的非线性电阻元件有静态和动态两个电阻值，它静态和动态两个电阻值，它们都与工作点有关。动态电们都与工作点有关。动态电阻值可能是正的，也可能是阻值可能是正的，也可能是负的。实际上，晶体管、场负的。实际上，晶体管、场效应管等也属于非线性电阻效应管等也属于非线性电阻元件。元件。此外，还有非线性电抗元此外，还有非线性电抗元件，如磁心电感线圈，它的件，如磁心电感线圈，它的动态电感与通过电感线圈电动态电感与通过电感线圈电流流i i的大小有关。另外还有一的大小有关。另外还有一种介质是钛酸钡
12、材料的电容种介质是钛酸钡材料的电容器，它的动态电容与电容器器，它的动态电容与电容器上所加的电压上所加的电压v v有关。有关。2 2、非线性元件（如二极管）、非线性元件（如二极管）本内容学习结束，单击继续，继续学习非线性元件的频率变换作用；单击返回，返回学习主页。返回继续 隧隧道道二二极极管管在在某某些些区区域域上上的的动动态态电电阻阻为为负负值值，即即r r00，称称为为负负电电阻阻。其其物物理理意意义义为为：负负电电阻器件可以提供能量。阻器件可以提供能量。第9页/共18页二、非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用 线 性 元 件 没 有 频 率 变 换 作 用二、非线性元件的频率变换
13、二、非线性元件的频率变换非线性元件的特性继续继续本页完本页完 对于线性电阻元件，当加对于线性电阻元件，当加上一个正弦波电压时，在其上一个正弦波电压时，在其上产生一个频率和相位均相上产生一个频率和相位均相同的正弦波电流。同的正弦波电流。OOv vi iv vt tOOOOi it t 数学验证：数学验证：结结论论：线线性性元元件件是是不不能能产产生生新新的的频频率率的的正正弦弦波波。也也就就是是说说线性元件没有频率变换作用。线性元件没有频率变换作用。若若 v v=V Vomomsinsintt 则则 i i=k=kV Vomomsinsintt图解图解 因为因为 i i=k=kv v第10页/共
14、18页1 1、二 极 管 的 频 率 变 换 作 用 二 极 管 的 频 率 变 换 作 用 图 解二、非线性元件的频率变换二、非线性元件的频率变换非线性元件的特性1 1、二极管的频率变换原理、二极管的频率变换原理继续继续本页完本页完v vt tOOOOi it tOOv vi i (1)(1)二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线为非线性。线为非线性。(2)(2)当当在在二二极极管管两两端端输输入入一个正弦波电压时。一个正弦波电压时。(3)(3)通通过过二二极极管管的的电电流流却却是是非非正正弦弦的的（但但仍仍是是周周期期性性变化的）。变化的）。第11页/共18页 二 极 管 的 频 率 变
15、 换 作 用 结 论二、非线性元件的频率变换二、非线性元件的频率变换非线性元件的特性 因为二极管的伏安特性曲线因为二极管的伏安特性曲线为非线性，当在二极管两端输为非线性，当在二极管两端输入一个正弦波电压时，通过二入一个正弦波电压时，通过二极管的电流却是非正弦的（但极管的电流却是非正弦的（但仍是周期性变化的）。仍是周期性变化的）。1 1、二极管的频率变换原理、二极管的频率变换原理继续继续本页完本页完 通过傅立叶级数展开，可以通过傅立叶级数展开，可以发现它的频谱中除包含原有频发现它的频谱中除包含原有频率的正弦波外（称为基波），率的正弦波外（称为基波），还新产生了原频率的各次谐波还新产生了原频率的各
16、次谐波和直流成份（可参考模电知识和直流成份（可参考模电知识中的半波整流内容）。中的半波整流内容）。v vt tOOOOi it tOOv vi i 因此可以说，半导体二极管因此可以说，半导体二极管具有频率变换能力。具有频率变换能力。第12页/共18页2 2、抛 物 波 形 状 伏 安 特 性 曲 线 的 频 率 变 换、抛 物 波 形 状 伏 安 特 性 曲 线 的 频 率 变 换、抛 物 波 形 状 伏 安 特 性 曲 线 的 频 率 变 换、抛 物 波 形 状 伏 安 特 性 曲 线 的 频 率 变 换二、非线性元件的频率变换二、非线性元件的频率变换非线性元件的特性1 1、二极管的频率变换
17、原理、二极管的频率变换原理继续继续本页完本页完 器件的伏安特性器件的伏安特性(令令k k为常数为常数)把把v v式代入式代入i i式得式得 2 2、抛物波形状伏安特性曲线、抛物波形状伏安特性曲线的频率变换的频率变换 i i=k kv v2 2 在器件输入端用叠加方式输在器件输入端用叠加方式输入两个正弦电压入两个正弦电压v v1 1v v2 2i iv vv v1 1=V V1m1msinsin1 1t tv v2 2=V V2m2msinsin2 2t tv v=v v1 1+v v2 2=V V1m1msinsin1 1t t+V V2m2msinsin2 2t ti i=k k(V V1m
18、1msinsin1 1t t+V V2m2msinsin2 2t t)2 2 把上式展开并通过三角恒等式把上式展开并通过三角恒等式变换和整理得变换和整理得i i=(=(k/k/2)(2)(V V 2 21m1m+V V2 22m2m)-k kV V1m1mV V2m2mcos(cos(1 1+2 2)t t+k kV V 1m1mV V2m2mcos(cos(1 1-2 2)t t-(k/k/2 2)V V2 21m1mcos2cos21 1t t-(k/k/2 2)V V2 22m2mcos2cos22 2t t 此时产生了四个新的频率此时产生了四个新的频率及直流成份的电流，本器件及直流成份
19、的电流，本器件起到了频率变换的作用。起到了频率变换的作用。抛物线抛物线形状伏形状伏安特性安特性曲线元曲线元件件1 12 2第13页/共18页 非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用 内 容 结 束 页非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用 内 容 结 束 页非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用 内 容 结 束 页非 线 性 元 件 的 频 率 变 换 作 用 内 容 结 束 页二、非线性元件的频率变换二、非线性元件的频率变换非线性元件的特性1 1、二极管的频率变换原理、二极管的频率变换原理继续继续本页完本页完 器件的伏安特性器件的伏安特性(令令k k为常数为常数)把把
20、v v式代入式代入i i式得式得 2 2、抛物波形状伏安特性曲线、抛物波形状伏安特性曲线的频率变换的频率变换 i i=k kv v2 2 在器件输入端用叠加方式输在器件输入端用叠加方式输入两个正弦电压入两个正弦电压v v1 1v v2 2i iv vi i=k k(V V1m1msinsin1 1t t+V V2m2msinsin2 2t t)2 2 把上式展开并通过三角恒等式把上式展开并通过三角恒等式变换和整理得变换和整理得i i=(=(k/k/2)(2)(V V 2 21m1m+V V2 22m2m)-k kV V1m1mV V2m2mcos(cos(1 1+2 2)t t+k kV V
21、1m1mV V2m2mcos(cos(1 1-2 2)t t-(k/k/2 2)V V2 21m1mcos2cos21 1t t-(k/k/2 2)V V2 22m2mcos2cos22 2t t抛物线抛物线形状伏形状伏安特性安特性曲线元曲线元件件v v1 1=V V1m1msinsin1 1t tv v2 2=V V2m2msinsin2 2t tv v=v v1 1+v v2 2=V V1m1msinsin1 1t t+V V2m2msinsin2 2t t 此时产生了四个新的频率此时产生了四个新的频率及直流成份的电流，本器件及直流成份的电流，本器件起到了频率变换的作用。起到了频率变换的作
22、用。本内容学习结束，单击继续，继续学习非线性电路不满足叠加原理；单击返回，返回学习主页。返回继续1 12 2第14页/共18页三、非 线 性 电 路 不 满 足 叠 加 原 理非 线 性 电 路 不 满 足 叠 加 原 理非 线 性 电 路 不 满 足 叠 加 原 理非 线 性 电 路 不 满 足 叠 加 原 理 三、非线性电路不满足叠加三、非线性电路不满足叠加原理原理非线性元件的特性继续继续本页完本页完 非线性电路是不能使用叠加非线性电路是不能使用叠加原理的。由抛物波形状伏安特原理的。由抛物波形状伏安特性曲线元件可以看出这一点。性曲线元件可以看出这一点。每个正弦电压在器件上产生每个正弦电压在
23、器件上产生的电流分量分别是的电流分量分别是v v1 1v v2 2i iv vi i1 1=k kv v1 12 2 两式比较显然是很不相同的，两式比较显然是很不相同的，说明此时叠加原理不能使用。说明此时叠加原理不能使用。此时本器件产生了四个新此时本器件产生了四个新的频率和直流成份，本器件的频率和直流成份，本器件起到了频率变换的作用。起到了频率变换的作用。抛物波抛物波形状伏形状伏安特性安特性曲线元曲线元件件 i i=k kv v2 2i i2 2=k kv v2 22 2 若按电流叠加原理，总电流若按电流叠加原理，总电流i i=k kV V2 21m1msinsin2 21 1t t+k kV
24、 V2 22m2msinsin2 22 2t ti i=(=(k/k/2)(2)(V V 2 21m1m+V V2 22m2m)-k kV V1m1mV V2m2mcos(cos(1 1+2 2)t t+k kV V 1m1mV V2m2mcos(cos(1 1-2 2)t t-(k/k/2 2)V V2 21m1mcos2cos21 1t t-(k/k/2 2)V V2 22m2mcos2cos22 2t t1 12 2第15页/共18页 本 节 内 容 结 束 页本 节 内 容 结 束 页本 节 内 容 结 束 页本 节 内 容 结 束 页 三、非线性电路不满足叠加三、非线性电路不满足叠加
25、原理原理非线性元件的特性继续继续本页完本页完 非线性电路是不能使用叠加非线性电路是不能使用叠加原理的。由抛物波形状伏安特原理的。由抛物波形状伏安特性曲线元件可以看出这一点。性曲线元件可以看出这一点。每个正弦电压在器件上产生每个正弦电压在器件上产生的电流分量分别是的电流分量分别是v v1 1v v2 2i iv vi i1 1=k kv v1 12 2 两式比较显然是很不相同的，两式比较显然是很不相同的，说明此时叠加原理不能使用。说明此时叠加原理不能使用。此时本器件产生了四个新此时本器件产生了四个新的频率和直流成份，本器件的频率和直流成份，本器件起到了频率变换的作用。起到了频率变换的作用。抛物波
26、抛物波形状伏形状伏安特性安特性曲线元曲线元件件 i i=k kv v2 2i i2 2=k kv v2 22 2i i=k kV V2 21m1msinsin2 21 1t t+k kV V2 22m2msinsin2 22 2t ti i=(=(k/k/2)(2)(V V 2 21m1m+V V2 22m2m)-k kV V1m1mV V2m2mcos(cos(1 1+2 2)t t+k kV V 1m1mV V2m2mcos(cos(1 1-2 2)t t-(k/k/2 2)V V2 21m1mcos2cos21 1t t-(k/k/2 2)V V2 22m2mcos2cos22 2t t 本节内容学习结束，单击结束，结束学习；单击返回，返回学习主页。返回结束 若按电流叠加原理，总电流若按电流叠加原理，总电流1 12 2第16页/共18页再见第17页/共18页感谢您的观看！第18页/共18页