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线性系统具有两个主要特性:叠加和同质性。叠加允许对多个输入的响应是每个单独输入的响应之和。同质性确保用标量缩放输入会导致响应被同一标量缩放。

相比之下,非线性系统本身并不具备这些特性。但是,对于工作点周围的小偏差,非线性系统通常可以近似为线性。这种近似是通过泰勒级数展开实现的,该展开用特定点的导数来表示函数。通过忽略小偏差的高阶项,可以得到线性关系。

考虑包含非线性电阻器的 RL 电路。要分析此系统,在推导传递函数之前必须进行线性化。

Figure1

第一步是将基尔霍夫电压定律应用于电路,从而得到描述系统的非线性微分方程。例如,电压定律方程可能采用以下形式:

Equation1

其中 V(t) 是施加的电压,L 是电感,R 是电阻,E 代表电池电压。

为了找到稳态电流,我们将小信号源设置为零并求解平衡电流 i_0。然后根据与该平衡的偏差重写非线性微分方程:

Equation2

非线性电阻器的特性用于推导线性化微分方程。对于电流的小偏差,电压方程可以写成:

Equation3

将此近似值代入电压定律方程,我们得到一个线性微分方程。在已知值替换并假设零初始条件的情况下,应用拉普拉斯变换将微分方程转换为拉普拉斯域中的代数方程。

Tags

Linear ApproximationFrequency DomainLinear SystemsSuperpositionHomogeneityNonlinear SystemsTaylor Series ExpansionRL CircuitNonlinear ResistorTransfer FunctionKirchhoff s Voltage LawDifferential EquationSteady state CurrentSmall signal SourceEquilibrium CurrentLaplace Transform

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