什么是线性和非线性阻力?
你知道这些组件中哪些表现出线性电阻和非线性电阻吗?
我很少在教科书中看到非线性电阻这个术语，但它经常被电子爱好者在实践科学方法时使用。线性电阻和非线性电阻之间的差异构成了理解不同电路模拟的基础，以及知道何时实现它们。
如果你不确定这两项之间的区别，你只需要考虑任何电路元件中电流和电压之间的关系。
I-V曲线:线性和非线性电阻
每个电子元件都可以分为线性元件和非线性元件，这取决于它的电阻分别是线性的还是非线性的。从最简单的意义上讲，具有线性电阻的组件将始终提供相同的电阻，而不管输入电压电平如何。相反，具有非线性电阻的元件中的电流将是元件上压降的某个函数。
如果不清楚这意味着什么，查看图中每种类型组件的行为会有所帮助。电流与电压的曲线，也称为I-V曲线，会立即告诉你线性电阻和非线性电阻之间的区别。具有线性电阻的组件的I-V曲线实际上是一条直线。相反，具有非线性电阻的组件将具有非线性的I-V曲线。下图显示了由直流电压源驱动的电阻和二极管的I-V曲线。
电阻和二极管的I-V曲线，分别说明了它们的线性电阻和非线性电阻。
从这条曲线中，我们可以很容易地从直线的斜率中提取出电阻的电阻。在这种情况下，我们有一个5欧姆的电阻。如果我们在红色曲线上画一条切线，我们就可以提取出在特定工作点上元件的电阻。在这种情况下，切线斜率的倒数等于特定电压下的电阻。从上面的数据中，类似地，对于任何你有测量的分量，你可以简单地计算电压对电流的导数;得到的曲线是元件在每个输入信号电平上的电阻。这是如下所示的电阻和二极管在上面的图表。
电阻和二极管的线性和非线性电阻分别如上所示。
从概念的角度来看，您可以快速使用这些曲线来检查线性和非线性电路中的直流行为。考虑一个例子，我们假设的电阻和二极管与电压源串联。如果我们看第二张图中的电阻曲线，我们可以看到我们可以满足最大功率转移定理当输入电压为~1.05 V时，因为这正是两个元件的电阻相等的输入电压。这是一个有趣的情况，其中最大功率传输取决于输入电压，因为其中一个组件是非线性的，即，它不服从欧姆定律．
注意，我们已经从线性电阻的角度讨论了电阻，但同样的思想也适用于阻抗。理想电感和电容器的阻抗是线性的，这意味着在任何施加的电压和特定的频率下，它总是相同的。然而，电容器的阻抗与频率成反比。
尽管存在这种反比例关系，但这里讨论的三个基本组件可以以您喜欢的任何方式组合在一起，以产生线性电路。也就是说，电路的等效电阻，这是必须存在的戴维宁定理，是一个不依赖于输入电压的常数值。我们称这种电路为线性电路(即只由线性元件组成)。任何至少包含一个非线性元件的电路都会有一个非线性等效电阻，因此我们称之为a非线性电路．
非线性电阻的影响
元件的非线性电阻(即非线性电导)的逆实际上称为跨电导。上面的第二个图显示了跨导(在直流电路中)或跨导纳(在交流电路中)的倒数。这个值很重要在小信号分析中，其中电路的行为是围绕一个特定的工作点进行模拟的。
电路的非线性电阻是交流电路和开关数字电路特有的一些影响的原因。由于电路中的电流和非线性元件中的电压由非线性函数相关，当振荡或开关信号在元件中传播时，该元件将产生额外的谐波含量。这会导致信号失真，即元件的输出不再与输入匹配。例如，这是非线性电路的一个特殊方面，限制了功率放大器中有用的输入信号电平。在其他组件中也可以看到类似的效果。
放大器集成电路具有非线性电阻
在现实中，没有任何元件在无限电压和电流下具有真正的线性电阻。一旦输入电压或输入频率足够大，三个基本元件(电阻、电容和电感)将表现出非线性电阻。出现这种情况的原因有很多，例如电气引线的集肤效应和粗糙度以及组件的制造缺陷。特别是，电线的粗糙度和PCB表面的铜痕迹是众所周知的原因无源互调．
电路仿真中的线性和非线性元件
在电路和原理图设计阶段定义仿真时，上述概念非常重要。上面提到了小信号分析，但其他重要的分析仅用线性电路来定义。两个常见的例子包括传递函数和极零分析以及频域的交流扫描。一般来说，如果一种仿真技术可以用于非线性电路，那么它也可以用于线性电路。
上面列出的分析本质上是基于spice的分析，因此它不能解释实际PCB布局中由于寄生而产生的信号完整性问题。这种依赖于布局的信号完整性问题可能包括由于纤维编织效应、噪声耦合造成的偏斜和高频共振走线和过孔由于相声，以及整个电路板的EMI。它也不能解释电源完整性问题，这与PDN拓扑有关，是造成许多信号完整性问题的原因。
分析组件的线性和非线性电阻，并将它们布置在PCB中并不困难。控件时，可以在布局前和布局后仿真工具中检查这些组件如何影响电路行为正确的PCB设计和分析软件．Allegro PCB Designer凯蒂丝也吃饱了分析工具套件允许您检查这些组件如何影响整个电路板的电气行为。
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