电压-电流特性与非线性

介绍

回想一下，欧姆定律给出了电阻器的电压和电流之间的关系。欧姆定律表明，对于图1所示的电阻:$v = i \cdot R$图1所示。电阻器

在这一节中，我们将从电压-电流关系的角度来研究欧姆定律。这将为我们以后对其他元件如电容、电感、二极管和晶体管的电压电流关系的介绍提供一些连续性。我们也将从图解的角度来研究欧姆定律电流-电压电压随电流变化的曲线或曲线)。这也将允许我们引入非理想电阻的概念。

图2根据方程(1)显示了v与i的关系图;最终得到的图是一条有斜率的直线R．因此，式(1)描述了a的电压-电流关系线性电阻。线性电路元件是美妙的，因为它们允许我们设计所谓的线性电路或线性系统1）．线性电路比非线性电路更容易在数学上处理，但它们有一个问题:它们实际上并不存在——所有实电路在某种程度上都是非线性的。

图2。线性电阻电压与电流特性。

与任何其他组件一样，所有电阻都是非线性在某种程度上。也就是说，电压-电流关系并不是对所有电流值都是一条直线(例如，所有如果有足够的电流通过电子设备，它们就会失效)。图3显示了一种可能的非线性电压-电流关系。然而，许多非线性电阻表现出近似线性的电压-电流特性范围电压和电流;图3也说明了这一点。我们现在假设我们使用的任何电阻都在其电压和电流的范围内工作，在该范围内，其电压-电流特性是线性的，可以用方程(1)近似。

图3。非线性电压与电流特性。

重要的几点:

  • 欧姆定律为……提供了电压-电流特性线性电阻。
  • 电压和电流必须根据无源符号约定来分配。
  • 欧姆定律是近似真正的电阻行为。的电流-电压任何实际电阻的特性在一定程度上都是非线性的。例如，非常大的电流会烧坏电阻，改变其i-v特性。
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1） 后面我们将更严格地定义线性系统的线性性。现在，我们只说，对于一个线性系统，参数的变化是成比例的。例如，根据欧姆定律，电流加倍，电压也加倍。因此，对于线性系统，电压-电流关系的曲线往往是直线。非线性系统不会这样做，这使得它们更难设计。因为这个原因，即使系统是非线性的，工程师们也会尽量假装它是非线性的。稍后再详细介绍，但请注意——数学很酷，但很有挑战性。