在电子电路中遇到的非线性电路,不仅有作为偏置电压的直流电源U0作用,同时还有随时间变化的输入电压uS(t)作用。如果在任何时刻有
小信号分析法是一种线性化方法。这一方法的基本思路是在静态工作状态下,将非线性电阻电路的方程式线性化,得到相应的可以用来计算小信号激励所产生响应的线性化电路和线性方程,然后就可以用分析线性电路的方法去进行分析和计算。
图 11-3-1
某网络如图11-3-1a)所示,L、C是线性的,
各支路电流与各回路电压满足KCL和KVL,即:
将i,u表示为
由于:
式(11-3-1)减式(11-3-2)得:
即由小信号产生的电流、电压增量也满足KCL和KVL。
设非线性电阻是流控型的,其特性为:
当仅有直流电源时,
将上式的f(iR)在IRe附近展开为台劳级数,得:
在上式中略去高阶小项,并注意到
式中,
除了对非线性电阻可以在直流工作点附近作小范围线性化处理外,对非线性电感和电容也可以作同样的处理。设非线性电感是流控型的,其特性为:
即磁链是电流的非线性函数,其电感电压
当有小信号电源作用时,将Y表示为:
将g(IL)在ILe附近展开为台劳级数:
略去高阶项,整理得:
电感电压为:
故:
式中,
同理,设非线性电容特性为压控型的,其特性为:
仿照关于动态电感的推导,可得小信号方程为:
式中,
对于四种非线性受控源,也可推出其小信号等效元件。如图11-3-2a中VCCS的特性为i2=f(u1),当仅有直流电源时,I2e=f(U1e),I2e、U1e各为直流电源下的非线性VCCS的电流和电压。
图 11-3-2
当有小信号电源作用时,将在I2e附近的i2表示为:
整理得:
式中,
同理可推导其他三种非线性受控源的小信号电路,例如对于图11-3-2d中CCVS的小信号方程为:
式中,
可以看出,式(11-3-4)至式(11-3-8)都是线性方程。对于非线性电路,列出的电路方程是非线性代数方程或者非线性微分方程,这些非线性方程在小信号分析中,都化为含
例11-3-1 图11-3-1a电路中,设直流电源E1=3V,E2=1V,正弦电源
解:
动态电导:
在小信号等效电路图11-3-1b中,e1是正弦信号,求稳态解可用复数计算。
故小信号电流为
总电流的稳态值为
联系客服