线性和非线性电阻是什么?

你知道这些组件表现出线性和非线性电阻?

我很少看到术语非线性电阻用于教科书,但它经常被使用的电子爱好者练习科学方法。线性和非线性电阻之间的差异形成了理解的基础不同的电路模拟,以及知道何时实施。

如果你不确定这两个术语之间的区别,你只需要考虑电流和电压之间的关系在任何电路元件。

电流-电压曲线:线性和非线性电阻

每一个电子元件可分为线性或非线性组件,取决于线性或非线性电阻,分别。在最简单的意义上,一个组件与线性电阻总是提供相同的抵抗,无论输入电压水平。相比之下,当前与非线性电阻组件将一些组件的电压降的函数。

如果还不清楚这意味着什么,它有助于看每个类型的组件的行为在一个图。电流与电压的图,也称为一个电流-电压曲线,将立即告诉你线性和非线性电阻之间的区别。组件与线性电阻将电流-电压曲线是一条直线。相比之下,一个组件具有非线性电阻非线性电流-电压曲线。下图显示了一个电阻和二极管的电流-电压曲线驱动的直流电压源。

电阻和二极管的电流-电压曲线,分别说明其线性和非线性电阻。

从这条曲线,我们可以很容易地提取电阻器的电阻从直线的斜率。在这种情况下,我们有一个5欧姆电阻。如果我们画一个红色曲线切线,我们可以提取组件的阻力在特定的操作点。在这种情况下,切线的斜率的倒数等于电阻在特定的电压。从上面的数据中,同样的测量为任何组件,您可以简单地计算电压对电流的导数;由此产生的曲线是组件的阻力在每一个输入信号电平。这是电阻和二极管所示在上面的图表中。

线性和非线性电阻的电阻和二极管如上所示,分别。

从概念的角度来看,您可以快速地使用这些曲线来研究线性和非线性电路的直流行为。考虑一个例子,我们假设的电阻和二极管放置在系列电压源。如果我们看一下阻力曲线在第二个图,我们可以看到,我们可以满足最大功率传输定理当输入电压~ 1.05 V,因为这是准确的输入电压的电阻组件都是平等的。这是一个有趣的案例,最大功率传输取决于组件的输入电压,因为一个是非线性的,即,它不服从欧姆定律。

请注意,我们已经讨论了电阻的线性电阻,但同样的概念也适用于阻抗。理想电感和电容的阻抗是线性的,这意味着它总是相同的任何外加电压和在一个特定的频率。然而,电容器阻抗频率成反比。

尽管如此逆比例,这里讨论的三个基本组件都可以以任何一种你喜欢的方式结合产生一个线性电路。换句话说,电路的等效电阻,必须存在根据戴维宁定理,是一个恒定值,并不依赖于输入电压。我们称这种类型的电路(即一个线性电路。,只由线性组件)。任何包含至少一个非线性电路组件将非线性等效电阻,因此我们称之为非线性电路。

非线性电阻的影响

非线性电阻的倒数。组件的非线性电导)实际上是被称为跨导。第二个图表显示跨导的倒数(直流回路)或跨导纳(在交流电路)。这个值是很重要的在小信号分析,一个电路模拟的行为在一个特定的操作点。

的非线性电阻电路负责数量的影响,特定的交流电路和数字电路切换。因为电路中通过的电流和电压在一个非线性函数非线性相关组件,该组件会产生额外的谐波量当一个振荡或开关信号传播的组件。这导致失真的信号,即。,不再匹配输入输出组件。作为一个例子,这是一个特殊的非线性电路方面限制了有用功率放大器输入信号水平。类似的影响在其他组件。

放大器集成电路非线性电阻

在现实中,没有组件有真正线性电阻无限电压和电流。三个基本组件(电阻、电容和电感)会表现出非线性电阻一旦输入电压或输入频率足够大。发生这种情况的原因,皮肤的效果和粗糙度等电气领导和制造缺陷组件。特别是,粗糙度在导线和铜表面上的痕迹PCB负责无源互调。

线性和非线性元件的电路模拟

上面的概念很重要当定义在电路模拟和方案设计阶段。小信号分析上面提到的,但其他重要的分析只是定义线性电路。两个常见的例子包括转移函数和pole-zero分析和AC清洁工在频域。一般来说,如果一个模拟技术可以用于非线性电路,那么它也可以用于线性电路。

上述分析本质上是一个SPICE-based分析,因此它不能出现占信号完整性问题,由于寄生在一个真正的PCB布局。这样layout-dependent信号完整性问题可以包括倾斜和高频共振由于纤维编织效果,在噪声耦合的痕迹,通过由于相声在你的董事会,EMI。它也不能占电源完整性问题,与生产相关的拓扑结构和负责许多信号完整性问题。

线性和非线性电阻的分析你的PCB组件和铺设出来不一定是困难的。您可以检查这些组件如何影响电路的行为在pre和布线后仿真工具当你使用正确的PCB设计和分析软件。快板PCB设计者和节奏的全部分析工具套件让你检查这些组件如何影响电子的行为在你的董事会。

如果你想了解更多关于节奏是如何对你的解决方案,跟我们和我们的专家团队。