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线性电路和非线性电路之间的区别

发表时间:2021-08-05 17:06【 阅读量:-

  线性电路和非线性电路之间的区别-线性和非线性元件用于构建电气设备。了解这些器件的基本设计需要对线性和非线性电路有基本的了解。在这篇文章中,将了解什么是线性和非线性电路,它们的区别,线性和非线性电路的元素,以及一些例子。

线性电路和非线性电路

  线性电路和非线性电路的主要区别是什么?


  输入和输出信号之间的关系是非线性电路和线性电路之间的区别。对于所有输入信号速率,如果确定线性电路的输出信号和输入信号之间的关系,则数字将是一条直线。非线性电路的输出不是一条直线。相反,曲线将是输出。


  在非线性电路中,另一种可能性是输出是输入的分段函数。虽然函数的每个部分在一定的输入范围内是线性的,但分段函数是非线性的。根据定义,电路是非线性的,因为输出信号在不同位置是不连续的。


  如果这听起来奇怪,考虑使用全波整流电路进行功率转换。整流电路的输出仅为输入的绝对值(电容平滑前),函数ABS(x)不符合线性函数的数学定义。在使用电容器平滑输出后,结果是具有一些非正弦纹波的直流信号。你传输一个交流正弦信号,但你得到一个直流电压和一个非正弦波作为回报。


  为了在输出中实现必要的非线性响应,这种形式的非线性电路利用非线性电路元件(特别是四个二极管)的响应。典型电路网络的线性和非线性元件分别包括线性和非线性电路元件。当网络输出的线性段馈入非线性电路元件时,电路的总输出变为非线性。除少数例外(即将微分器的输出放入积分器)。访问这里,从根本上了解线性和非线性电路之间的区别。


  有些人认为具有瞬态响应的线性电路(例如RLC网络)本质上是非线性电路。事实并非如此。在该布置中,输出电流和驱动电压/电流之间的关系保持线性。


  由于瞬态响应是时间的非线性函数,而不是输入电压或电流,因此电路仍被归类为线性。在交流驱动下,仍然有线性响应,因为响应是输入信号振幅和频率的复杂线性函数(即简单乘法)。


  什么是线性和非线性电路?


  简而言之,线性电路是电阻、电容和电感等特性保持不变的电路。线性电路是电路参数不随电压和电流变化的电路。

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  线性电路就是具有恒定电路参数(电阻、电感、电容、波形、频率等)的电路。


  “线性”一词在最基本的意义上是指“连同一条直线”。顾名思义,线性电路在电流和电压之间具有线性特性,这意味着流过电路的电流与施加的电压成正比。


  当施加的电压增加时,流过电路的电流也会增加,反之亦然。如果把它画在电流和电压之间(对角线),电路输出特性曲线将显示为一条直线。


  非线性电路也是一种电路,其参数随电流和电压的变化而变化。非线性电路是指波形、电阻、电感等参数可变的电路。

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  线性电路与非线性电路的区别


  通常,术语“线性”指的是一条看起来呈对角线的直线,描述电压和电流之间的线性特性。换句话说,流过电路的电流与电压成正比。当电压增加时,电路中的电流也会增加,反之亦然。线性电路的输出特性如下图所示,显示了电流和电压之间的关系。

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  线性电路的输出响应与输入的精度成正比。施加的正弦波具有频率“F”,输出表明两个站之间的电压具有与施加的正弦波相同的频率。


  非线性电路的输出特性类似于电压和电流之间的曲线,如下图所示。

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  线性电路和非线性电路的另一个区别是电路的求解方式。在线性电路中,可以使用简单的技术和计算器轻松地求解电路。与非线性电路相比,线性电路易于求解。


  非线性电路比线性电路更难求解,因为它们需要大量的数据和知识。由于技术的巨大进步,现在可以使用Multisim、MATLAB和PSPICE等电路仿真工具对线性和非线性电路的输出曲线进行建模和分析。


  可以利用线性和非线性方程来识别线性电路和非线性电路之间的差异。它们是y=x+2和y=x2。


  下图显示了上述两个方程的图形版本。如果任何方程在图中用直线表示,则为线性方程。如果方程是曲线,则方程是非线性的。

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  分段线性由以下公式表示,分段线性XY轴图也如下所示。因为不能用下面的公式来表示这个方程,所以认为它是一个非线性方程。

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  线性和非线性电路的元件


  非线性元件是非线性电路中的电气元件,电流和电压之间没有线性关系。二极管是非线性元件的一个例子。没有非线性元件的电路称为线性电路。晶体管、各种半导体器件、真空管、铁芯电感器和变压器都是非线性元件的例子。分段线性描述了非线性曲线中线性曲线的存在性。


  线性电路中的线性元件也是电气元件,电压和电流之间存在线性关系。最常见的线性元件是电阻器,其次是电容器和空心电感器。


  线性电路示例


  电阻和电阻电路、电感和电感电路、电容和电容电路都是线性电路的例子。


  非线性电路实例


  二极管、变压器、铁芯、电感器和晶体管是具有非线性元件的非线性电路的示例。


  线性和非线性电路的应用


  在电路中,使用了线性和非线性电路。可以使用这些电路来确定压降和电流。


  非线性电路中的信号失真与反馈


  非线性电路最重要的特性之一是,它可以塑造(或扭曲)输入信号,无论其是否为正弦信号。从低输入电压/电流的线性区域变为高输入电压/电流的非线性区域将使信号在频域和时域上发生畸变。这种效应在具有饱和和反馈的电路的频域和时域中都很重要。


  考虑运算放大器,它是一种常见的非线性电路元件。当使用低电平输入信号驱动时,输出将是输入的线性函数。当输入高时,输出将稳定并饱和在设定值。这可用于在输入正弦信号达到一定饱和水平后对其进行饱和,并有效地将正弦波转换为方波(如施密特触发电路)。线性和非线性滤波器设计的一个关键方面是能够根据输入信号强度修改多个频率。


  在放大器或其他具有非线性元件的电路中,正反馈会导致不稳定的非线性响应。值得注意的是,不稳定性不仅限于非线性电路;在存在反馈的情况下,即使是线性时不变电路也会变得不稳定。找到电路传递函数中的极点和零点将帮助您找到稳定区域,而不管您处理的是哪种类型的电路。对于线性电路,这可以很容易地手动完成,但对于非线性电路,必须使用电路模拟器进行数值模拟。


  如果你想研究PCB上非线性电路的行为,你需要PCB布局和设计软件,其中包含你需要的电路和信号分析功能。您可以使用Allegro PCB designer和一系列综合设计和分析工具创建线性和非线性电路。您将可以访问大型零部件库,包括与仿真工具配合良好的电气模型。


  本文将解释什么是线性和非线性电路,以及线性和非线性电路之间的区别。希望通过阅读本文,您对线性和非线性电路有一个基本的了解。如果您对本文或如何为工程设计人员实施电气项目有任何疑问,请随时在下面的框中进行评论。

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