非线性电路的分析方法_非线性电路分析举例

电子电路中的元器件，很多是非线性元件，如半导晶体管、开环运放器等。对非线性元器件电路的分析和计算，是电子技术教学中的一大难点。下面介绍几种分析非线性电路的分析方法。

1、图解分析法

1.1、非线性元件的伏安特性图解

在模拟电子电路中，用图解的方法，说明非线性元件晶体管的伏安特性、输入特性和输出特性，比较直观明了，有助于学生对非线性元件晶体管工作特性的理解。

半导体二极管伏安特性：二极管的伏安特性曲线直观地表明了，加在二极管端电压与流过二极管的电流之间的关系，是非线性关系，如图1所示。

半导体三极管伏安特性：三极管的输入特性曲线表明：三极管的输入电压与输入电流之间的关系，是非线性关系;同样，三极管的输出特性曲线表明，其输出集电极电流IC与输出集一射极电压UCE之间为非线性关系。如图2所示。

1.2、图解法求取放大电路静态工作点

在非线性元件晶体管组成的放大电路中，静态工作点Q值的求取，可用图解的方法来确定。在三极管的输出特性曲线上，画直流通路得出的且与负载电阻有关的直流负载线，它与晶体管的某条输出特性曲线的交点Q称为放大电路的静态工作点，如图2所示。

2、微变等效电路分析法

微变等效电路法，就是把非线性电路线性化。在放大电路中，把晶体管等效为一个线性器件。等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。

2.1、晶体管的微变等效

在小信号作用下，晶体管的输入B、E之间可用一个线性电阻等效代替。如图1所示，当输入电压有一微小变化时，基极电流对应一微小变化，两者的比值即为晶体管的线性输入电阻。同样，在小信号作用下，晶体管的输出电路可用一个受控制的电流源来等效代替。在图2中，输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化仅与基极电流的微小变化有关，而与C、E之间电压无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受控电流源。

2.2、放大电路的微变等效电路

将放大电路交流通路中的晶体管，用其微变等效电路代替，即得到放大电路的微变等效电路，如图3所示。

3、非线性电路分析举例

3.1、集成运算放大电路的非线性应用

当集成运放通过外接电路引入正反馈或者开环时，运算放大器的输入量和输出量之间不再存在线性关系，而处于非线性工作状态。集成运放则可构成各种电压比较器和矩形波发生器等。

3.2、电压比较器的工作原理

运算放大器处在开环状态时，由于电压放大倍数极高，因而输入端只要有微小电压，运算放大器便进入非线性工作区域，其输出电压将达到最大值，成为非线性电路。

在图4中，当ui《Ur时，运算放大器输出高电平，当ui》Ur时，运放输出低电平。

因此，以Ur为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。图4（b）表示输出电压与输入电压之间关系的传输特性。

4、结语

非线性元器件，广泛存在于电子电路中。在对电子产品的性能进行研究时，首先要分析电路工作原理、各单元电路的作用和相互联系，才能确定电路的故障点，知晓电子产品改进的途径等。好的电路分析方法，能有效地解决实际问题。