Нелинейные цепи. Основные эффекты

Лекция №9

9.1. Нелинейные цепи. Основные эффекты.

В линейной цепи выходные напряжения и токи прямо пропорциональны их входным значениям.

В нелинейной цепи выходные напряжения и токи являются нелинейной функцией их входных значений. Активные элементы цепи – диоды, транзисторы, электронные лампы  - имеют нелинейные характеристики и только в небольшой области изменения напряжений и токов их можно линеаризовать.

Выше использовалась, например линеаризация вольт-амперных характеристик (ВАХ)транзисторов вблизи рабочей точки путём разложения ВАХ в ряд Тейлора и использования только линейных членов разложения. Такое приближение справедливо при достаточно малых сигналах в цепи, когда отклонение от рабочей точки невелико и величина выходного сигнала линейно зависит от входного. С ростом величины сигнала эта зависимость становится нелинейной. На рисунке приведена типичная амплитудная характеристика (АХ) сигнала, определяющая зависимость выходной амплитуды напряжения (или мощности) от входной на заданной частоте . Можно выделить три области АХ.

                                                       I –линейная область, где при

                                                             постоянном коэффициенте усиления

                                                             (хотя слабая нелинейность проявляется

Рекомендуемые материалы

                                                             уже в этой области);

                                                      II – квазилинейная область, где отклонения от

           Рис.9.1                                 линейности становятся заметными.

III – область насыщения, где достигается максимальное значение выходного напряжения (тока, мощности) при некотором значении входного . Малосигнальные усилители работают в области I и к ним применима линейная теория. Усилители мощности предназначены для получения максимальной мощности на выходе , соответствующей , и работают в области III, где линейная теория неприменима.

Нелинейность характеристик в усилителях приводит к вредным эффектам – коэффициент усиления уменьшается с ростом амплитуды, на выходе усилителя появляются гармоники основной частоты  - вторая 2, третья 3и т.д., которые в усилителях являются паразитными.

С другой стороны, нелинейность характеристик приводит к эффектам, которые позволяют создавать новые электронные устройства, в которых происходит преобразование спектра сигнала. К таким преобразователям частоты относятся:

В лекции "64 Общество и природа" также много полезной информации.

- умножители частоты,

- модуляторы,

- детекторы (демодуляторы),

- смесители,

- выпрямители,

ряд из которых будет рассмотрен ниже.