Линейная схема - Linear circuit

А линейная цепь является Электронная схема который подчиняется принцип суперпозиции.[1][2][3] Это означает, что выход схемы F (х) когда линейная комбинация сигналы топор1(t) + bx2(т) применяется к нему, равняется линейной комбинации выходов из-за сигналов Икс1(т) и Икс2(т) применяется отдельно:

Это называется линейной схемой, потому что на выходе такой схемы линейная функция его входов.[1][2][3] Эквивалентное определение состоит в том, что линейная цепь - это цепь, в которой, когда синусоидальный Вход Напряжение или же Текущий из частота ж применяется, любой установившийся выход схемы ( Текущий через любой компонент, или Напряжение между любыми двумя точками) также синусоидален с частотой ж.[1][4]

Неформально линейная схема - это такая, в которой электронные компоненты 'значения (например, сопротивление, емкость, индуктивность, прирост и т. д.) не изменяются в зависимости от уровня напряжения или тока в цепи. Линейные схемы важны, потому что они могут усиливать и обрабатывать электронные сигналы без искажение. Примером электронного устройства, использующего линейные схемы, является звуковая система.

Линейные и нелинейные компоненты

Линейная схема - это такая схема, в которой нет нелинейный электронные компоненты в нем.[1][2][3] Примеры линейных цепей: усилители, дифференциаторы, и интеграторы, линейный электронные фильтры, или любой цепи, состоящей исключительно из идеальный резисторы, конденсаторы, индукторы, операционные усилители (в «ненасыщенной» области) и другие «линейные» элементы схемы.

Некоторые примеры нелинейных электронных компонентов: диоды, транзисторы, и железное ядро индукторы и трансформаторы когда ядро ​​насыщено. Некоторые примеры схем, которые работают нелинейным образом: смесители, модуляторы, выпрямители, радиоприемник детекторы и цифровая логика схемы.

Значимость

Линейные схемы важны, потому что они могут обрабатывать аналоговые сигналы без введения интермодуляционные искажения. Это означает, что отдельные частоты в сигнале остаются отдельными и не смешиваются, создавая новые частоты (гетеродины ).

Их также легче понять и проанализировать. Потому что они подчиняются принцип суперпозиции, линейные цепи регулируются линейные дифференциальные уравнения, и могут быть проанализированы с помощью мощных математических частотная область методы, в том числе Анализ Фурье и Преобразование Лапласа. Они также дают интуитивное понимание качественного поведения схемы, характеризуя ее с помощью таких терминов, как прирост, сдвиг фазы, резонансная частота, пропускная способность, Добротность, полюса, и нули. Анализ линейной цепи часто можно выполнить вручную, используя научный калькулятор.

В отличие, нелинейные схемы обычно не имеют закрытых решений. Их необходимо анализировать с использованием приблизительного численные методы к моделирование электронных схем компьютерные программы, такие как СПЕЦИЯ, если желательны точные результаты. Поведение таких элементы линейной схемы как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности могут быть указаны одним числом (сопротивление, емкость, индуктивность соответственно). Напротив, нелинейный элемент поведение определяется его подробным функция передачи, который может быть задан кривой линией на графике. Таким образом, для задания характеристик нелинейной схемы требуется больше информации, чем требуется для линейной схемы.

«Линейные» схемы и системы составляют отдельную категорию в производстве электроники. Производители транзисторов и интегральные схемы часто делят свои продуктовые линейки на «линейные» и «цифровые». «Линейный» здесь означает «аналог "; линейная линия включает в себя интегральные схемы, предназначенные для линейной обработки сигналов, например операционные усилители, усилители звука, и активные фильтры, а также множество обработка сигналов схемы, реализующие нелинейные аналоговые функции, такие как логарифмические усилители, аналоговые умножители, и пиковые детекторы.

Приближение слабого сигнала

Основная статья: модель слабого сигнала

Нелинейные элементы, такие как транзисторы, имеют тенденцию вести себя линейно, когда к ним подаются слабые сигналы переменного тока. Таким образом, при анализе многих схем, в которых уровни сигнала малы, например, в теле- и радиоприемниках, нелинейные элементы можно заменить линейными. модель слабого сигнала, позволяя линейный анализ методы, которые будут использоваться.

И наоборот, все элементы схемы, даже «линейные» элементы, демонстрируют нелинейность при увеличении уровня сигнала. По крайней мере, источник питания напряжение в цепи обычно ограничивает величину выходного напряжения схемы. Выше этого предела выход перестает масштабироваться по величине с входом, что не соответствует определению линейности.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Маас, Стивен А. (2003). Нелинейные СВЧ и ВЧ схемы. Артек Хаус. п. 2. ISBN  9781580536110.
  2. ^ а б c Крыло, Омар (2008). Классическая теория цепей. Springer Science and Business Media. С. 12–14. ISBN  9780387097404.
  3. ^ а б c Чен, Вай Кай (2004). Справочник по электротехнике. Эльзевир. С. 4, 12, 75–76. ISBN  9780080477480.
  4. ^ Зумбахлен, Хэнк (2008). Справочник по проектированию линейных схем. Newnes. ISBN  0-7506-8703-7.