4.3.2. Режимы малого и большого переменных сигналов

Обратимся к режиму малого сигнала, при котором амплитуда переменной составляющей настолько мала, что в пределах рабочей области ВАХ может быть приближенно заменена отрезком прямой линии. Это означает, что в разложении (4.2) можно пренебречь всеми членами, содержащими в степенях выше первой. Как следует из выражения (4.12), ток через нелинейный резистивный элемент в рассматриваемом режиме содержит две составляющие: постоянную, равную току покоя, и переменную, частота которой совпадает с частотой переменной составляющей приложенного напряжения:

. (4.15)

Подставляя выражение (4.11) в (4.15) и используя определение дифференциального сопротивления, находим, что переменные составляющие тока и напряжения связаны между собой соотношением

. (4.16)

Таким образом, дифференциальное сопротивление нелинейного резистивного двухполюсного элемента можно рассматривать как сопротивление этого элемента для малых приращений, или, другими словами, как сопротивление переменному току в режиме малого сигнала.

Из выражений (4.13) и (4.15) следует, что в режиме малого сигнала постоянная составляющая тока нелинейного резистивного элемента зависит только от постоянной составляющей приложенного напряжения, а амплитуда переменной составляющей тока прямо пропорциональна амплитуде переменной составляющей напряжения.

Следовательно, в режиме малого сигнала нелинейный резистивный элемент ведет себя подобно линейному, а нелинейность его проявляется только в том, что значения изависят от выбора рабочей точки.

Аналогичным образом определяется режим малого сигнала и для управляемых нелинейных резистивных элементов. ВАХ этих элементов в пределах рабочей области приближенно заменяются отрезками прямых линий, а в разложениях вида (4.5) пренебрегают всеми членами, содержащими приращения токов и напряжений в степенях выше первой. Постоянные составляющие токов и напряжений управляемых нелинейных резистивных элементов в этом режиме равны токам покоя и не зависят от переменных составляющих токов и напряжений, в то время как амплитуды переменных составляющих токов и напряжений связаны между собой линейными зависимостями.

Анализ нелинейных резистивных цепей в режиме малого сигнала обычно выполняют в два этапа. На первом этапе анализируют нелинейную цепь по постоянному току, при этом все нелинейные резистивные элементы представляют схемами замещения по постоянному току (в частности, двухполюсные нелинейные резистивные элементы представляют статическими сопротивлениями). На втором этапе выполняют анализ цепи по переменному току, и все элементы цепи заменяют схемами замещения по переменному току (двухполюсные нелинейные резистивные элементы представляются дифференциальными сопротивлениями). Окончательно реакцию цепи находят как суперпозицию решений, полученных в процессе анализа по постоянному и переменному току.

В режиме большого сигнала ВАХ нелинейного резистивного элемента в пределах рабочей области не может быть заменена отрезком прямой и в полиномах, аппроксимирующих ВАХ в окрестностях рабочей точки, приходится учитывать члены в степенях выше первой. В этом случае переменная составляющая тока включает в себя гармонические составляющие, частота которых кратна частоте переменной составляющей приложенного напряжения, постоянная составляющая отличается от тока покоя, а амплитуда первой гармоники не прямо пропорциональна амплитуде переменной составляющей напряжения.

Таким образом, в режиме большого сигнала постоянная составляющая тока и амплитуды всех гармоник зависят как от напряжения смещения, так и от амплитуды переменной составляющей напряжения, поэтому раздельное исследование цепи по постоянному и переменному току становится невозможным.