浅谈非线性电路理论与线性电路理论数字电路与模拟电路.docVIP

数字电路研究型课题 课题：基于三极管的输入伏安特性曲线和输出伏安特性曲线，浅谈非线性电路理论和线性电路理论、数字电路和模拟电路 关键字：三极管 数字电路 模拟电路 线性 非线性 摘要：本文以三极管的特性为切入点，联系模拟电路与数字电路，浅谈了线性电路和非线性电路理论 正文： 一、三极管的组成结构： 三极管由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结 结构图如图1 发射区 发射极 发射结 三个区 集电区 三个极 集电极 两个结 基 区 基 区 集电极 三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。 图1 三极管结构 二、三极管的伏安特性曲线  输入特性曲线: Ib=f(Ube)½ Uce=C B是输入电极，C是输出电极，E是公共电极。 Ib是输入电流，Ube是输入电压，加在B、E两电极之间。 IC是输出电流，Uce是输出电压，从C、E两电极取出。 1. Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。 2. 当Uce ≥1V时， Ucb= Uce - Ube 0，集电结已进入反偏状态，开始收集载流子，且基区复合减少， IC / IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但Uce再增加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。 图2 输入特性曲线  输出特性曲线 IC=f(Uce)½ Ib=C 可以分为三个区域: 饱和区: (1) IC受Uce显著控制的区域，该区域内Uce的数值较小，一般Uce＜0.7V(硅管)。 发射结正偏，集电结正偏 (2) Uces=0.3V左右 截止区：——Ib=0的曲线的下方的区域 Ib=0 Ic=Iceo NPN：Ube£0.5V,管子就处于截止态 通常该区：发射结反偏，集电结反偏。 图3 输出特性曲线 放大区—IC平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。 (1) 发射结正偏，集电结反偏，电压Ube大于0.7V左右(硅管) 。 (2) Ic=bIb,即Ic主要受Ib的控制。 (3) b≈ 饱和区: 发射结正偏，集电结正偏 截止区： 发射结反偏，集电结反偏 或：Ube£0.5V（Si) Ube£0.2V（Ge) 放大区: 发射结正偏，集电结反偏。 表1三极管工作模式 工作模式 射极电压 集电极电压 饱和 正向偏压 正向偏压 线性 正向偏压 反向偏压 反向 反向偏压 正向偏压 截止 反向偏压 反向偏压  表中同时列出了四种工作方式的主要用途。 三极管在数字电路中的用途其实就是开关，利用电信号使三极管在正向活性区（或饱和区）与截止区间切换，就开关而言，对应开与关的状态，就数字电路而言则代表0与1（或1与0）两个二进位数字。若三极管一直维持偏压在正向活性区，在射极与基极间微小的电信号（可以是电压或电流）变化，会造成射极与集电极间电流相对上很大的变化，故 可用作信号放大器。 截止区当Ube＜0时，则Ib≈0，发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即Ic=Iceo称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极反向电流Icbo的关系是： Icbo=(1+β)Icbo  常温时硅管的Icbo小于1微安，锗管的Icbo约为10微安，对于锗管，温度每升高12℃，Icbo数值增加一倍，而对于硅管温度每升高8℃， Icbo数值增大一倍，虽然硅管的Icbo随温度变化更剧烈，但由于锗管的Icbo值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较严重的管，放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时，Ic随Ib近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。 饱和区当发射结和集电结均处于正偏状态时，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。根据三极管发射结和集电结偏置情况，可能判别其工作状态。  三、非线性电路 非线性电路是含有除独立电源之外的非线性元件的电路。 (一) 应用： 1、 模拟电子线路中，广泛应用了非线性元件的非线性特性（如三极管的放大功能、振荡、锁相环、调谐、解调等）。分析非线性器件响应特性时,必须注明它的控制变量,控制变量不同,描述非线性器件的函数也不同. 非线性器件的描述与控制变量有关,并且可能出现负值参数。非线性器件分析不满足叠加原理。 （利用自激振荡、谐波、频率捕捉等特点） 2、 构成多种分力式模块（如乘法器、锁相环、存储器等） 3、具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。利用晶体的非线性光学效应，可以