非線性電路概述

非線性電路是指含有非線性元件的電路。這里的非線性元件不包括獨立電源。非線性元器件在電工中得到廣泛應(yīng)用。非線性電路的研究和其他學(xué)科的非線性問題的研究相互促進(jìn)。含有除獨立電源之外的非線性元件的電路。電工中常利用某些元器件的非線性。這里的非線性元件不包括獨立電源。
非線性元器件在電工中得到廣泛應(yīng)用。例如避雷器的非線性特性表現(xiàn)在高電壓下電阻值變小，這性質(zhì)被用來保護(hù)雷電下的電工設(shè)備;鐵心線圈的非線性由磁場的磁飽和引起，這性質(zhì)被用來制造直流電流互感器。非線性電路的研究和其他學(xué)科的非線性問題的研究相互促進(jìn)。20世紀(jì)20年代，荷蘭人B.范德坡爾描述電子管振蕩電路的方程成為研究混沌的先聲。非線性元件電路是指由非線性元件構(gòu)成的電路,如線圈,電容等夠成的LR,CR,LC,LCR電路等,這些可構(gòu)成微分電路或積分電路,這就是非線性電路。非線性電路是產(chǎn)生復(fù)雜動力學(xué)行為的基本電路,混沌運動是其中一種非常復(fù)雜的非線性運動形式,它是一種介于有序與無序之間、確定性與隨機(jī)性共存的特殊形式的運動。

電路中的元器件在本質(zhì)上是非線性的，由非線性的電路構(gòu)成或者實現(xiàn)的系統(tǒng)也是非線性的，所以非線性已成為電路與系統(tǒng)中重要的研究課題。電子電路中的非線性問題，可以借助物理學(xué)來解決;物理學(xué)中的非線性主要表現(xiàn)為相干性和禍合作用，也可利用電子電路來仿真。非線性電路理論是非線性科學(xué)研究的重要分支之一。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子技術(shù)得到迅猛發(fā)展，新的電子器件不斷出現(xiàn)。高度非線性電子器件的廣泛應(yīng)用，使得電子電路中出現(xiàn)了大量的非線性現(xiàn)象，如次諧波振蕩、周期跳躍、概周期運動、分岔以及混沌等。

穩(wěn)態(tài)不唯一用刀開關(guān)斷開直流電路時，由于電弧的非線性使這時的電路出現(xiàn)由不同起始條件決定的兩個穩(wěn)態(tài)——一個有電弧，因而電路中有電流;另一個電弧熄滅，因而電路中無電流。線性電路通常只有一個穩(wěn)態(tài)。但有些非線性電路的穩(wěn)態(tài)可以不止一個。例如，用刀開關(guān)斷開某個直流電路，當(dāng)開關(guān)的刀和固定觸頭之間的距離不夠大(例如距離為d)時,刀與觸頭之間可以出現(xiàn)穩(wěn)定的電弧，電路中有電流，這是電路的一個穩(wěn)態(tài);增加上述距離使電弧熄滅后,再使此距離減少到d,卻見不到電弧,電路中沒有電流，這是另一個穩(wěn)態(tài)。電弧的非線性特性使這個電路有兩個穩(wěn)態(tài)。電路處于何種穩(wěn)態(tài)由起始條件決定。

自激振蕩在有些非線性電路里，獨立電源雖然是直流電源，電路的穩(wěn)態(tài)電壓(或電流)卻可以有周期變化的分量，電路里出現(xiàn)了自激振蕩。音頻信號發(fā)生器的自激振蕩電路中因有放大器這一非線性元件，可產(chǎn)生其波形接近正弦的周期振蕩。在含有直流獨立電源的線性電路中，穩(wěn)態(tài)下的電壓、電流是不隨時間變化的直流電壓、直流電流。但在有些非線性電路里，獨立電源雖然是直流電源，電路的穩(wěn)態(tài)電壓(或電流)卻可以有周期變化的分量，電路里出現(xiàn)了自激振蕩。例如，音頻信號發(fā)生器的自激振蕩電路中因有放大器這一非線性元件而成為非線性電路。這個電路可以產(chǎn)生其波形接近正弦的周期振蕩。自激振蕩可以分為兩種。軟激勵：電路接通后就能激起振蕩。硬激勵：電路接通后，一般不能激起振蕩，電路處于直流穩(wěn)態(tài)。必須另外加一個幅度較大、作用時間很短的激勵，電路里才會激起振蕩。在這樣的電路中便有兩個穩(wěn)態(tài)：一個是直流穩(wěn)態(tài)，一個是含周期振蕩的穩(wěn)態(tài)。

諧波正弦激勵作用于非線性電路且電路有周期響應(yīng)時，響應(yīng)的波形一般為非正弦的，含有高次諧波分量或次諧波分量。例如，整流電路中的電流常會有高次諧波分量。也可以有頻率低于激勵頻率的次諧波分量。整流電路中的電流常會有高次諧波分量。將鐵心線圈和合適的電容器串聯(lián)接到正弦電壓源上，構(gòu)成鐵磁諧振電路，其中的電流可含有頻率是電源頻率1/3的次諧波分量，稱1/3次諧波。