理论教育 非线性动态电路小信号分析方法

非线性动态电路小信号分析方法

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:非线性动态电路的小信号分析与非线性电阻电路的小信号分析具有相同的原理,它是把分析非线性动态电路的问题转化为分析自治电路平衡点和线性动态电路的问题。平衡点的位置及其附近的性质对动态电路的性质有着重要的影响。非线性动态电路的小信号分析步骤如下:求电路的平衡点。

非线性动态电路小信号分析方法

线性动态电路的小信号分析与非线性电阻电路的小信号分析具有相同的原理,它是把分析非线性动态电路的问题转化为分析自治电路平衡点和线性动态电路的问题。所谓自治电路平衡点指的是自治电路的稳态响应,又称平衡态。平衡点的位置及其附近的性质对动态电路的性质有着重要的影响。显然,平衡点是电路的一个解。如果电路的初始状态恰好选为平衡点,则电路无过渡过程,将一直处于平衡状态或直流状态。在平衡状态下,电路中各支路的电压和电流都是直流量,因此,电容相当于开路,电感相当于短路。这样,求自治电路平衡点的问题就可转化为先把电路中的电容用开路代替,电感用短路代替,再求解由此而得到的电阻电路中的电压和电流的过程,所以,一个自治电路的平衡点恰好就是相应电阻电路的直流工作点。下面通过具体实例来说明这一求解过程。

例11-17 电路如图11-34(a)所示,设uS=[10+ε(t)]V,R=103Ω,ψ=3i2(单位:Wb,A)。求电感电流i。

图11-34 例11-17图

解 由图11-34(a)所示电路可得电路的方程为

其中,。由于输入电压在t=0时的变化很小,电路可在平衡点附近作线性化处理。

u′S=10V单独作用时,电路的直流解为

动态电感Ld

由此可作小信号等效电路如图11-34(b)所示。根据三要素法可得

所以,所求的电感电流为

例11-18 电路如图11-35(a)所示电路,已知R1=12kΩ,R2=6kΩ,非线性电容的电荷与电压关系为q=5×10-7u2(单位:C,V),电压源uS=[12+ε(t)]V,求电容电压u。(www.daowen.com)

图11-35 例11-18图

解 直流工作点

动态电容

由此可作小信号等效电路如图11-35(b)所示。根据三要素法可得

所求电容的电压为

综上所述,小信号分析以属于局部线性化分析法,其原理是用平衡点处特性曲线的切线近似代替附近的曲线,近似程度取决于曲线与切线的接近程度。因此,它适用于响应在平均点附近存在微小变化的情况。非线性动态电路的小信号分析步骤如下:

(1)求电路的平衡点。令小信号为零,计算电路在直流电源作用下的直流稳态解,即直流工作点。由于电容的电压和电感的电流都是常量,此时,电容处于开路,电感处于短路,因此,可用计算线性或非线性直流电路的方法来分析计算。

(2)求小信号解答。先求平衡点Q处的小信号动态参数,有

然后,用参数值等于动态参数的线性元件代替非线性元件,再令直流电源不作用,便得到小信号等效电路,它是线性动态电路,再用线性动态电路暂态过程分析方法求解,得到小信号的解。

(3)求电路的近似解。把直流稳态解与小信号解答相加得到电路的近似解答。

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