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1、第五章頻率變換電路的特點(diǎn)及分析方法概述5.1非線性電路的基本概念與非線性元件5.1.1非線性電路的基本概念線性電路：線性電路是由線性元件構(gòu)成的電路。它的輸出輸入關(guān)系用線性代數(shù)方程式或線性微分方程表示。線性電路的主要特征是具有疊加性和均勻性。線性放大電路的特點(diǎn)：①?gòu)臅r(shí)域上講：輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形只是在幅度上進(jìn)行放大。②從頻域上講：輸出信號(hào)的頻率分量與輸入信號(hào)的頻率分量相同。非線性電路：非線性電路中至少包含一個(gè)非線性元件，它的輸出輸入關(guān)系用非線性函數(shù)方程（非線性代數(shù)方程或超越方程）或非線性微分方程表示。非線性電路不具有疊加性與均勻性。這是它
2、與線性電路的重要區(qū)別。本課程后續(xù)章節(jié)將學(xué)習(xí)的頻譜搬移電路（頻率變換電路）就屬于非線性電路。頻率變換電路(頻譜搬移電路)，在頻譜搬移后，輸出信號(hào)的頻率分量與輸入信號(hào)的頻率分量不盡相同，即有新的頻率分量產(chǎn)生。而我們知道，線性電路并不產(chǎn)生新的頻率成分，只有非線性電路才會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分，即頻譜搬移過(guò)程必須采用非線性電路才能實(shí)現(xiàn)。本章將介紹非線性電路的頻率變換作用及分析方法。頻率變換電路分為：①頻譜的線性變換。②頻譜的非線性變換。①頻譜的線性變換：輸入信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，只是沿頻率軸進(jìn)行不失真的搬移，搬移前后各頻率分量的比例關(guān)系不變。舉例：振幅調(diào)制與
3、解調(diào)、混頻。觀察上圖所示的頻譜，發(fā)現(xiàn)它們有共同的特點(diǎn)，即在頻譜搬移的過(guò)程中，輸入信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，即搬移前后各頻率分量的比例關(guān)系不變，只是在頻域上簡(jiǎn)單的搬移，這類(lèi)頻譜搬移電路稱為頻譜的線性搬移電路。②頻譜的非線性變換是指在頻譜搬移的過(guò)程中，輸入信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。舉例：頻率調(diào)制與解調(diào)、相位調(diào)制與解調(diào)等。在電子線路基礎(chǔ)的分析中我們知道：線性電路在放大信號(hào)的過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量；只有當(dāng)電路出現(xiàn)非線性失真時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量。結(jié)論：頻譜搬移電路輸出信號(hào)的頻率分量與輸入信號(hào)的頻率分量不相同，有新的頻率分量產(chǎn)生，因此，頻譜搬移電路是
4、非線性電路，必須使器件工作于非線性狀態(tài)。電路是由若干無(wú)源元件或（和）有源元件的有序連接而成。5.1.2非線性元件線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大小無(wú)關(guān)。例如：R，L，C。非線性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或電流大小有關(guān)。例如：晶體管、變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容時(shí)變參量元件：元件的參數(shù)按一定規(guī)律隨時(shí)間變化。例如：變頻器的變頻跨導(dǎo)。1非線性元器件的特性什么是器件的特性？器件的響應(yīng)y與激勵(lì)x之間的函數(shù)關(guān)系稱為器件在一定測(cè)試條件下的特性。器件的特性可以有二種表達(dá)方式：①以解析表達(dá)式表示；②以測(cè)試曲線的方式表示。這種方式采用的比較多。非線性器件的主
5、要特點(diǎn)：器件的參數(shù)隨電路中的電流或電壓變化，也就是說(shuō)其電流、電壓間不是線性關(guān)系。如果一個(gè)器件特性可表示成xy直角坐標(biāo)系的一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則此器件為線性器件；否則為非線性器件。一個(gè)器件究竟是線性還是非線性的，取決于很多方面。(i)器件的靜態(tài)工作點(diǎn)(ii)激勵(lì)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍及設(shè)計(jì)者對(duì)最終結(jié)果的認(rèn)可程度。當(dāng)器件響應(yīng)中的非線性效應(yīng)小到設(shè)計(jì)者認(rèn)為可以忽略的程度，此時(shí)，就認(rèn)為器件近似是線性的。當(dāng)動(dòng)態(tài)范圍增大，以至于非線性效應(yīng)不可忽略，就應(yīng)該把器件看作非線性的。實(shí)際上，絕大多數(shù)物理器件，作為線性元件工作是有條件的，或者是近似的。結(jié)論：非線性是絕對(duì)的，而線性是
6、相對(duì)的。線性狀態(tài)只是非線性狀態(tài)的一種近似或是特征而已（在一定條件下可忽略其非線性，將其看作線性器件）。非線性器件的伏安特性曲線不是直線，信號(hào)作用于非線性器件會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量，它具有頻率變換的作用。5.1.3非線性無(wú)源器件的特性1非線性電阻電阻是指可以用i-u平面內(nèi)的曲線表示的器件。按此定義，忽略了電抗效應(yīng)后的半導(dǎo)體二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等器件都是非線性電阻。表征線性電阻只需用一常量，即電阻值或電導(dǎo)值即可。非線性電阻，在不同情況下，必須用不同的電阻或電導(dǎo)概念加以描述。①靜態(tài)電阻或電導(dǎo)除了與器件本身特性有關(guān)外，唯一地取決于工作點(diǎn)Q。在i-u直角坐
7、標(biāo)系中，原點(diǎn)到工作點(diǎn)Q的矢量的斜率即為。一般為正值，表征在工作點(diǎn)Q所限定的條件下，非線性電阻從直流電源汲取直流功率能力的大小。②動(dòng)態(tài)電導(dǎo)（微變電導(dǎo)或小信號(hào)電導(dǎo)）（5-1）的大小取決于器件特性本身和工作點(diǎn)的選取。在i-u直角坐標(biāo)系中，等于工作點(diǎn)處器件特性曲線的斜率。如式5-1所示。Q點(diǎn)靜態(tài)電導(dǎo)，動(dòng)態(tài)電導(dǎo)的大小表征器件把輸入的小信號(hào)交流電壓轉(zhuǎn)換成同頻率交流電流的能力。如果激勵(lì)電壓與響應(yīng)電流不在同一端口上，又稱小信號(hào)跨導(dǎo)。記作。既可以是正數(shù)，也可以是負(fù)數(shù)。表示電阻從直流電源汲取直流功率。對(duì)外電路而言，器件相當(dāng)于一個(gè)向外電路提供能量的源。更確切地說(shuō)，器件
8、能夠把從直流電源汲取的直流能量的一部分轉(zhuǎn)換成交流能量。③諧波電導(dǎo)非線性電阻對(duì)正弦激勵(lì)的響應(yīng)是與激勵(lì)信號(hào)有相同重復(fù)周期的非正弦周期信號(hào)。設(shè)
