線性電路和非線性電路之間的區(qū)別-線性和非線性元件用于構(gòu)建電氣設(shè)備。了解這些器件的基本設(shè)計(jì)需要對(duì)線性和非線性電路有基本的了解。在這篇文章中，將了解什么是線性和非線性電路，它們的區(qū)別，線性和非線性電路的元素，以及一些例子。

　　線性電路和非線性電路的主要區(qū)別是什么？

　　輸入和輸出信號(hào)之間的關(guān)系是非線性電路和線性電路之間的區(qū)別。對(duì)于所有輸入信號(hào)速率，如果確定線性電路的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的關(guān)系，則數(shù)字將是一條直線。非線性電路的輸出不是一條直線。相反，曲線將是輸出。

　　在非線性電路中，另一種可能性是輸出是輸入的分段函數(shù)。雖然函數(shù)的每個(gè)部分在一定的輸入范圍內(nèi)是線性的，但分段函數(shù)是非線性的。根據(jù)定義，電路是非線性的，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)在不同位置是不連續(xù)的。

　　如果這聽起來奇怪，考慮使用全波整流電路進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。整流電路的輸出僅為輸入的絕對(duì)值（電容平滑前），函數(shù)ABS（x）不符合線性函數(shù)的數(shù)學(xué)定義。在使用電容器平滑輸出后，結(jié)果是具有一些非正弦紋波的直流信號(hào)。你傳輸一個(gè)交流正弦信號(hào)，但你得到一個(gè)直流電壓和一個(gè)非正弦波作為回報(bào)。

　　為了在輸出中實(shí)現(xiàn)必要的非線性響應(yīng)，這種形式的非線性電路利用非線性電路元件（特別是四個(gè)二極管）的響應(yīng)。典型電路網(wǎng)絡(luò)的線性和非線性元件分別包括線性和非線性電路元件。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸出的線性段饋入非線性電路元件時(shí)，電路的總輸出變?yōu)榉蔷€性。除少數(shù)例外（即將微分器的輸出放入積分器）。訪問這里，從根本上了解線性和非線性電路之間的區(qū)別。

　　有些人認(rèn)為具有瞬態(tài)響應(yīng)的線性電路（例如RLC網(wǎng)絡(luò)）本質(zhì)上是非線性電路。事實(shí)并非如此。在該布置中，輸出電流和驅(qū)動(dòng)電壓/電流之間的關(guān)系保持線性。

　　由于瞬態(tài)響應(yīng)是時(shí)間的非線性函數(shù)，而不是輸入電壓或電流，因此電路仍被歸類為線性。在交流驅(qū)動(dòng)下，仍然有線性響應(yīng)，因?yàn)轫憫?yīng)是輸入信號(hào)振幅和頻率的復(fù)雜線性函數(shù)（即簡(jiǎn)單乘法）。

　　什么是線性和非線性電路？

　　簡(jiǎn)而言之，線性電路是電阻、電容和電感等特性保持不變的電路。線性電路是電路參數(shù)不隨電壓和電流變化的電路。

　　線性電路就是具有恒定電路參數(shù)（電阻、電感、電容、波形、頻率等）的電路。

　　線性一詞在最基本的意義上是指連同一條直線。顧名思義，線性電路在電流和電壓之間具有線性特性，這意味著流過電路的電流與施加的電壓成正比。

　　當(dāng)施加的電壓增加時(shí)，流過電路的電流也會(huì)增加，反之亦然。如果把它畫在電流和電壓之間（對(duì)角線），電路輸出特性曲線將顯示為一條直線。

　　非線性電路也是一種電路，其參數(shù)隨電流和電壓的變化而變化。非線性電路是指波形、電阻、電感等參數(shù)可變的電路。

　　線性電路與非線性電路的區(qū)別

　　通常，術(shù)語線性指的是一條看起來呈對(duì)角線的直線，描述電壓和電流之間的線性特性。換句話說，流過電路的電流與電壓成正比。當(dāng)電壓增加時(shí)，電路中的電流也會(huì)增加，反之亦然。線性電路的輸出特性如下圖所示，顯示了電流和電壓之間的關(guān)系。

　　線性電路的輸出響應(yīng)與輸入的精度成正比。施加的正弦波具有頻率F，輸出表明兩個(gè)站之間的電壓具有與施加的正弦波相同的頻率。

　　非線性電路的輸出特性類似于電壓和電流之間的曲線，如下圖所示。

　　線性電路和非線性電路的另一個(gè)區(qū)別是電路的求解方式。在線性電路中，可以使用簡(jiǎn)單的技術(shù)和計(jì)算器輕松地求解電路。與非線性電路相比，線性電路易于求解。

　　非線性電路比線性電路更難求解，因?yàn)樗鼈冃枰罅康臄?shù)據(jù)和知識(shí)。由于技術(shù)的巨大進(jìn)步，現(xiàn)在可以使用Multisim、MATLAB和PSPICE等電路仿真工具對(duì)線性和非線性電路的輸出曲線進(jìn)行建模和分析。

　　可以利用線性和非線性方程來識(shí)別線性電路和非線性電路之間的差異。它們是y=x+2和y=x2。

　　下圖顯示了上述兩個(gè)方程的圖形版本。如果任何方程在圖中用直線表示，則為線性方程。如果方程是曲線，則方程是非線性的。

　　分段線性由以下公式表示，分段線性XY軸圖也如下所示。因?yàn)椴荒苡孟旅娴墓絹肀硎具@個(gè)方程，所以認(rèn)為它是一個(gè)非線性方程。

　　線性和非線性電路的元件

　　非線性元件是非線性電路中的電氣元件，電流和電壓之間沒有線性關(guān)系。二極管是非線性元件的一個(gè)例子。沒有非線性元件的電路稱為線性電路。晶體管、各種半導(dǎo)體器件、真空管、鐵芯電感器和變壓器都是非線性元件的例子。分段線性描述了非線性曲線中線性曲線的存在性。

　　線性電路中的線性元件也是電氣元件，電壓和電流之間存在線性關(guān)系。最常見的線性元件是電阻器，其次是電容器和空心電感器。

　　線性電路示例

　　電阻和電阻電路、電感和電感電路、電容和電容電路都是線性電路的例子。

　　非線性電路實(shí)例

　　二極管、變壓器、鐵芯、電感器和晶體管是具有非線性元件的非線性電路的示例。

　　線性和非線性電路的應(yīng)用

　　在電路中，使用了線性和非線性電路。可以使用這些電路來確定壓降和電流。

　　非線性電路中的信號(hào)失真與反饋

　　非線性電路最重要的特性之一是，它可以塑造（或扭曲）輸入信號(hào)，無論其是否為正弦信號(hào)。從低輸入電壓/電流的線性區(qū)域變?yōu)楦咻斎腚妷?電流的非線性區(qū)域?qū)⑹剐盘?hào)在頻域和時(shí)域上發(fā)生畸變。這種效應(yīng)在具有飽和和反饋的電路的頻域和時(shí)域中都很重要。

　　考慮運(yùn)算放大器，它是一種常見的非線性電路元件。當(dāng)使用低電平輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，輸出將是輸入的線性函數(shù)。當(dāng)輸入高時(shí)，輸出將穩(wěn)定并飽和在設(shè)定值。這可用于在輸入正弦信號(hào)達(dá)到一定飽和水平后對(duì)其進(jìn)行飽和，并有效地將正弦波轉(zhuǎn)換為方波（如施密特觸發(fā)電路）。線性和非線性濾波器設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵方面是能夠根據(jù)輸入信號(hào)強(qiáng)度修改多個(gè)頻率。

　　在放大器或其他具有非線性元件的電路中，正反饋會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的非線性響應(yīng)。值得注意的是，不穩(wěn)定性不僅限于非線性電路；在存在反饋的情況下，即使是線性時(shí)不變電路也會(huì)變得不穩(wěn)定。找到電路傳遞函數(shù)中的極點(diǎn)和零點(diǎn)將幫助您找到穩(wěn)定區(qū)域，而不管您處理的是哪種類型的電路。對(duì)于線性電路，這可以很容易地手動(dòng)完成，但對(duì)于非線性電路，必須使用電路模擬器進(jìn)行數(shù)值模擬。

　　如果你想研究PCB上非線性電路的行為，你需要PCB布局和設(shè)計(jì)軟件，其中包含你需要的電路和信號(hào)分析功能。您可以使用Allegro PCB designer和一系列綜合設(shè)計(jì)和分析工具創(chuàng)建線性和非線性電路。您將可以訪問大型零部件庫，包括與仿真工具配合良好的電氣模型。

　　本文將解釋什么是線性和非線性電路，以及線性和非線性電路之間的區(qū)別。希望通過閱讀本文，您對(duì)線性和非線性電路有一個(gè)基本的了解。如果您對(duì)本文或如何為工程設(shè)計(jì)人員實(shí)施電氣項(xiàng)目有任何疑問，請(qǐng)隨時(shí)在下面的框中進(jìn)行評(píng)論。