Elektriskās ķēdes lineārie un nelineārie elementi

Lineārie elementi

Tos elektriskās ķēdes elementus, kuriem strāvas atkarība no sprieguma I (U) vai sprieguma no strāvas U (I), kā arī pretestība R ir nemainīga, sauc par elektriskās ķēdes lineārajiem elementiem. . Attiecīgi ķēdi, kas sastāv no šādiem elementiem, sauc par lineāru elektrisko ķēdi.

Lineārajiem elementiem ir raksturīgs lineāri simetrisks strāvas-sprieguma raksturlielums (CVC), kas atgādina taisnu līniju, kas iet caur izcelsmi noteiktā leņķī pret koordinātu asīm. Tas parāda, ka lineāriem elementiem un lineārām elektriskām ķēdēm Oma likums stingri jāievēro.

Turklāt mēs varam runāt ne tikai par elementiem ar tīri aktīvo pretestību R, bet arī par lineārajām induktivitātēm L un kapacitātēm C, kur magnētiskās plūsmas atkarība no strāvas — Ф (I) un kondensatora lādiņa atkarība no spriegums starp tā plāksnēm — q (U).

Lielisks lineāra elementa piemērs ir tinuma stieples rezistors… Strāva caur šādu rezistoru noteiktā darba sprieguma diapazonā ir lineāri atkarīga no pretestības vērtības un no rezistoram pievadītā sprieguma.

Vadītāja raksturlielums (strāvas-sprieguma raksturlielums) — attiecība starp vadam pievadīto spriegumu un tajā esošo strāvu (parasti izsaka grafikā).

Piemēram, metāla vadītājam strāva tajā ir proporcionāla pielietotajam spriegumam, un tāpēc raksturlielums ir taisna līnija. Jo stāvāka līnija, jo mazāka ir stieples pretestība. Tomēr dažiem vadītājiem, kuros strāva nav proporcionāla pielietotajam spriegumam (piemēram, gāzizlādes lampām), ir sarežģītāks, nelineārs strāvas-sprieguma raksturlielums.

Nelineāri elementi

Ja elektriskās ķēdes elementam strāvas atkarība no sprieguma vai sprieguma no strāvas, kā arī pretestība R nav nemainīga, t.i., mainās atkarībā no strāvas vai pielietotā sprieguma, tad šādi elementi tiek saukti par nelineāru un attiecīgi izrādās elektriskā ķēde , kas satur vismaz vienu nelineāru elementu nelineāra elektriskā ķēde.

Nelineāra elementa strāvas-sprieguma raksturlielums grafikā vairs nav taisna līnija, tā ir nelineāra un bieži vien asimetriska, piemēram, pusvadītāju diode. Oma likums nav izpildīts elektriskās ķēdes nelineārajiem elementiem.

Šajā kontekstā var runāt ne tikai par kvēlspuldzi vai pusvadītāju ierīci, bet arī par nelineārām induktivitātēm un kondensatoriem, kur magnētiskā plūsma Φ un lādiņš q ir nelineāri saistīti ar spoles strāvu vai ar spriegumu starp kondensatora plāksnes. Tāpēc viņiem Vēbera ampēru raksturlielumi un Kulona voltu raksturlielumi būs nelineāri, tos nosaka tabulas, grafiki vai analītiskās funkcijas.

Nelineāra elementa piemērs ir kvēlspuldze. Palielinoties strāvai caur lampas kvēldiegu, palielinās tās temperatūra un palielinās pretestība, kas nozīmē, ka tā nav nemainīga un tāpēc šis elektriskās ķēdes elements ir nelineārs.

Statiskā pretestība

Nelineāriem elementiem katrā to I — V raksturlīknes punktā ir raksturīga noteikta statiskā pretestība, tas ir, katrai sprieguma un strāvas attiecībai katrā grafika punktā tiek piešķirta noteikta pretestības vērtība. To var aprēķināt kā grafika slīpuma leņķa alfa pieskare horizontālajai I asij tā, it kā šis punkts atrodas uz līniju diagrammas.

Diferenciālā pretestība

Nelineārajiem elementiem ir arī tā sauktā diferenciālā pretestība, kas tiek izteikta kā bezgalīgi neliela sprieguma pieauguma attiecība pret atbilstošām strāvas izmaiņām. Šo pretestību var aprēķināt kā leņķa tangensu starp I — V raksturlieluma pieskari noteiktā punktā un horizontālo asi.

Šī pieeja padara vienkāršu nelineāru ķēžu analīzi un aprēķinus pēc iespējas vienkāršāku.

Augšējā attēlā parādīta tipiska rakstura I — V diode… Tas atrodas koordinātu plaknes pirmajā un trešajā kvadrantā, un tas norāda, ka ar pozitīvu vai negatīvu spriegumu, kas tiek pieslēgts diodes pn-pārejai (vienā vai otrā virzienā), būs novirze uz priekšu vai atpakaļ. no diodes pn-pārejas. Palielinoties spriegumam pāri diodei abos virzienos, strāva sākotnēji nedaudz palielinās un pēc tam strauji palielinās. Šī iemesla dēļ diode pieder nekontrolētam nelineāram bipolāram tīklam.

Šajā attēlā parādīta ģimene ar tipiskām I-V īpašībām. fotodiode dažādos apgaismojuma apstākļos. Galvenais fotodiodes darbības režīms ir reversās nobīdes režīms, kad pie pastāvīgas gaismas plūsmas Ф strāva praktiski nemainās diezgan plašā darba spriegumu diapazonā. Šādos apstākļos fotodiodi apgaismojošās gaismas plūsmas modulācija izraisīs vienlaicīgu strāvas modulāciju caur fotodiodi. Tādējādi fotodiode ir kontrolēta nelineāra bipolāra ierīce.

Tas ir VAC tiristoru, šeit jūs varat redzēt tā skaidru atkarību no vadības elektroda strāvas lieluma. Pirmajā kvadrantā ir tiristora darba sadaļa. Trešajā kvadrantā raksturlīknes I — V sākums ir maza strāva un liels pieliktais spriegums (slēgtā stāvoklī tiristora pretestība ir ļoti augsta). Pirmajā kvadrantā strāva ir liela, sprieguma kritums ir neliels - tiristors pašlaik ir atvērts.

Pārejas brīdis no slēgta uz atvērtu stāvokli notiek, kad vadības elektrodam tiek pievadīta noteikta strāva. Pāreja no atvērtā stāvokļa uz slēgto stāvokli notiek, kad samazinās strāva caur tiristoru.Tādējādi tiristors ir vadāms nelineārs trīspolu (tāpat kā tranzistors, kur kolektora strāva ir atkarīga no bāzes strāvas).