非线性方程:分析非线性电子元件和电路

led和晶体管是典型的非线性电子元件

非线性电子元件在许多系统和电路中很常见。读者应该已经熟悉晶体管、led /二极管和饱和铁芯变压器。当与线性无源和非线性元件一起在线性范围内运行时，您可以构建复杂的非线性系统，从而实现各种独特的应用。

如果没有合适的工具，在系统中使用合适的非线性方程是很困难的。非线性电子元件和电路的直流分析相当简单，但如果没有合适的仿真工具，构建和分析交流非线性电路可能会很困难。您可以使用许多基于spice的分析来检查电路行为并提取有关系统的重要见解。

非线性方程:电子分析的类型

理解非线性电子元件和电路的行为需要确定正确的分析来运行。对结果的误解对于任何系统来说都是灾难性的，因为它会导致错误的设计选择。检查单个非线性电子元件通常很容易，可以手工完成。同样，非常简单的非线性电路也可以相对容易地用手检查。最终，你可能会遇到一个超越方程或超越方程组，没有解析解，你将被迫使用数值技术。

下表显示了在使用基于spice的模拟器进行电路分析期间可以检查的一些最重要的基本行为。这些分析对各种非线性电路都很有用，包括非线性混频器、调制器、有源滤波器、模拟算术电路，以及基本上任何涉及二极管和/或晶体管的电路。

请注意，并非所有基于spice的模拟器都可以使用内置函数执行这些分析，您可能需要在每个分析中手动编写不同的步骤。标准的高斯-乔丹技术仅适用于线性时不变电路，或非线性时不变电路，这些电路已被近似为围绕特定静态工作点的线性电路。这将显示基于spice的模拟器的值，该模拟器可以使用用户选择的步长执行迭代扫描。

基于spice的非线性分析的局限性

到目前为止，各种基于spice的电路仿真工具的功能应该是显而易见的，特别是当这些工具集成到原理图设计工具中时。这些工具对于确定暂态行为，分别在频域和时域检查线性和非线性交流电路非常有用，冒烟测试，以及更多。然而，任何设计人员都应该了解基于spice的模拟的一些局限性，特别是在试图预测和解释复杂电路中的非线性效应时。

由于基于spice的模拟是直接从原理图运行的，大多数无法解释线性和非线性电路中的寄生效应。在PSpice中，用户可以根据数据表中的信息动态地将寄生分配给原理图中的组件。这些效果只能在你安排了图层堆叠并为你的系统创建了布局后才能指定。为了解释这些影响，您需要在电路板中包括各种电容器和电感器。

市场上有许多寄生提取器，但它们仍然需要创建布局和层堆栈。这些寄生体在各种非线性电路中变得非常重要，并负责诸如串扰，PDN中不期望的振铃/纹波传输线行为和耦合。它们也会在阻抗匹配，特别是在射频功率放大器电路中，通常在接近饱和的情况下运行。

诸如元件铅和铜的粗糙度，以及无源元件的制造缺陷等问题，会导致线性元件在高频(例如毫米波频率)下表现得像非线性电子元件一样。对于交流信号、调制信号、模拟脉冲和任意模拟信号，这种非线性行为会产生互调产物和谐波。

射频混频器的制造缺陷会产生非线性现象

虽然描述这些现象的数学是直接的，但它们不能可靠地预测分析，并且这些影响不能在原理图或布局中考虑。相反，它们必须用真实的组件来测量。射频元件制造商通常提供无源互调和谐波产生数据作为输入电压/电流和频率的函数。这些数据可以帮助您确定信号和频率限制以及哪些组件最适合您的系统。

如果使用正确的方法，非线性电子元件和电路的设计和分析就容易得多PCB设计和分析软件包中。中的工具集OrCAD PSpice模拟器更广泛的分析工具套件从节奏是理想的电路设计和分析的线性和非线性电路的各种应用。而不是手工为每个组件构建电路，您可以访问数以千计的标准组件型号构建和分析你的电路。

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