Az elektromos áramkör lineáris és nemlineáris elemei

Lineáris elemek

Az elektromos áramkör azon elemeit, amelyeknél az áram függése az I feszültségtől (U) vagy a feszültség az U (I) áramtól, valamint az R ellenállás állandó, az elektromos áramkör lineáris elemeinek nevezzük. . Ennek megfelelően az ilyen elemekből álló áramkört lineáris elektromos áramkörnek nevezzük.

A lineáris elemeket lineárisan szimmetrikus áram-feszültség karakterisztika (CVC) jellemzi, amely egy egyenes vonalhoz hasonlít, amely az origón áthalad bizonyos szögben a koordinátatengelyekkel. Ez azt mutatja, hogy a lineáris elemek és a lineáris elektromos áramkörök esetében Ohm törvénye szigorúan betartani.

Ezenkívül nem csak a tisztán aktív R ellenállású elemekről beszélhetünk, hanem az L lineáris induktivitásokról és a C kapacitásokról is, ahol a mágneses fluxus függése az áramtól — Ф (I) és a kondenzátor töltésének függése az áramerősségtől. feszültség a lemezei között — q (U).

A lineáris elem kiváló példája az tekercses huzalellenállás… Az ilyen ellenálláson átmenő áram egy bizonyos üzemi feszültségtartományban lineárisan függ az ellenállás értékétől és az ellenállásra adott feszültségtől.

Vezető karakterisztikája (áram-feszültség karakterisztika) — a vezetékre adott feszültség és a benne lévő áram közötti összefüggés (általában grafikonon fejezzük ki).

Például egy fémvezetőnél a benne lévő áram arányos a rákapcsolt feszültséggel, ezért a karakterisztika egyenes. Minél meredekebb a vonal, annál kisebb a vezeték ellenállása. Egyes vezetők azonban, amelyekben az áram nem arányos az alkalmazott feszültséggel (például gázkisüléses lámpák), összetettebb, nem lineáris áram-feszültség karakterisztikával rendelkeznek.

Nemlineáris elemek

Ha egy elektromos áramkör valamely eleménél az áram feszültségtől való függése vagy a feszültség áramtól való függése, valamint az R ellenállás nem állandó, azaz az áramerősségtől vagy az alkalmazott feszültségtől függően változik, akkor az ilyen elemek nemlineárisnak nevezzük, és ennek megfelelően egy elektromos áramkör, amely legalább egy nemlineáris elemet tartalmaz, kiderül nemlineáris elektromos áramkör.

A nemlineáris elem áram-feszültség karakterisztikája már nem egy egyenes a grafikonon, hanem nem lineáris és gyakran aszimmetrikus, például egy félvezető dióda. Az Ohm törvénye nem teljesül az elektromos áramkör nemlineáris elemeire.

Ebben az összefüggésben nem csak izzólámpáról vagy félvezető eszközről beszélhetünk, hanem nemlineáris induktivitásokról és kondenzátorokról is, ahol a Φ mágneses fluxus és a q töltés nem lineárisan összefügg a tekercs áramával, illetve a közöttük lévő feszültséggel. a kondenzátor lemezei. Ezért számukra a Weber-amper karakterisztikák és a Coulomb-volt karakterisztikák nem lineárisak, táblázatokkal, grafikonokkal vagy analitikai függvényekkel vannak beállítva.

A nemlineáris elemre példa az izzólámpa. A lámpa izzószálán áthaladó áram növekedésével a hőmérséklete és az ellenállása nő, ami azt jelenti, hogy nem állandó, ezért az elektromos áramkör ezen eleme nemlineáris.

Statikus ellenállás

A nemlineáris elemekre az I — V karakterisztika minden pontján egy bizonyos statikus ellenállás jellemző, vagyis a grafikon minden pontjában minden feszültség/áram arányhoz hozzá van rendelve egy bizonyos ellenállásérték. a grafikon meredekségének alfa szögének érintője a vízszintes I-tengelyhez, mintha ez a pont egy egyenes grafikonon lenne.

Differenciálellenállás

A nemlineáris elemeknek van egy úgynevezett differenciális ellenállása is, amelyet a végtelenül kicsi feszültségnövekedés és a megfelelő áramváltozás arányában fejeznek ki. Ez az ellenállás kiszámítható az adott pontban az I — V karakterisztikájának érintője és a vízszintes tengely közötti szög érintőjeként.

Ez a megközelítés a lehető legegyszerűbbé teszi az egyszerű nemlineáris áramkörök elemzését és számítását.

A fenti ábra egy tipikus I — V jellemzőjét mutatja dióda… A koordinátasík első és harmadik negyedében található, ez azt jelzi, hogy a dióda pn-átmenetére adott pozitív vagy negatív feszültség esetén (egyik vagy másik irányban) előre vagy fordított előfeszítés lesz. a dióda pn átmenetétől. Ahogy a diódán lévő feszültség mindkét irányban növekszik, az áram kezdetben enyhén növekszik, majd hirtelen megnő. Emiatt a dióda egy szabályozatlan nemlineáris bipoláris hálózathoz tartozik.

Ez az ábra egy tipikus I-V jellemzőkkel rendelkező családot mutat be. fotodióda különböző fényviszonyok mellett. A fotodióda fő működési módja a fordított előfeszítési mód, amikor állandó fényáramnál Ф az áram gyakorlatilag nem változik az üzemi feszültségek meglehetősen széles tartományában. Ilyen körülmények között a fotodiódát megvilágító fényáram modulációja a fotodiódán áthaladó áram egyidejű modulációját eredményezi. Így a fotodióda egy vezérelt nemlineáris bipoláris eszköz.

Ez a VAC tirisztor, itt látható egyértelmű függése a vezérlőelektróda áramának nagyságától. Az első kvadránsban a tirisztor munkarésze. A harmadik kvadránsban az I — V karakterisztika kezdete kis áram és nagy rákapcsolt feszültség (zárt állapotban a tirisztor ellenállása nagyon nagy). Az első kvadránsban az áramerősség nagy, a feszültségesés kicsi - a tirisztor jelenleg nyitva van.

A zárt állapotból a nyitott állapotba való átmenet pillanata akkor következik be, amikor egy bizonyos áramot adunk a vezérlőelektródára. A nyitott állapotból a zárt állapotba való átmenet akkor következik be, amikor a tirisztoron áthaladó áram csökken.Így a tirisztor egy vezérelt, nemlineáris hárompólusú (mint egy tranzisztor, ahol a kollektor árama az alapáramtól függ).