Elektriahela lineaarsed ja mittelineaarsed elemendid

Lineaarsed elemendid

Elektriahela neid elemente, mille puhul voolu sõltuvus pingest I (U) või pinge sõltuvus voolust U (I), samuti takistus R on konstantsed, nimetatakse elektriahela lineaarseteks elementideks. . Sellest lähtuvalt nimetatakse sellistest elementidest koosnevat vooluahelat lineaarseks elektriahelaks.

Lineaarseid elemente iseloomustab lineaarselt sümmeetriline voolu-pinge karakteristik (CVC), mis sarnaneb sirgjoonega, mis läbib alguspunkti teatud nurga all koordinaattelgede suhtes. See näitab seda lineaarsete elementide ja lineaarsete elektriahelate puhul Ohmi seadus rangelt järgitud.

Lisaks saame rääkida mitte ainult puhtaktiivtakistusega R elementidest, vaid ka lineaarinduktiivsustest L ja mahtuvustest C, kus magnetvoo sõltuvus voolust — Ф (I) ja kondensaatori laengu sõltuvus voolutugevusest. selle plaatide vaheline pinge — q (U).

Lineaarse elemendi peamine näide on mähitud traattakisti… Sellist takistit läbiv vool teatud tööpinge vahemikus sõltub lineaarselt takistuse väärtusest ja takistile rakendatavast pingest.

Juhi karakteristikud (voolu-pinge karakteristikud) — juhtmele rakendatud pinge ja selles oleva voolu vaheline seos (tavaliselt väljendatakse graafikuna).

Näiteks metalljuhi puhul on vool selles võrdeline rakendatava pingega ja seetõttu on karakteristikuks sirgjoon. Mida järsem on joon, seda väiksem on traadi takistus. Mõnel juhtmel, mille vool ei ole võrdeline rakendatava pingega (näiteks gaaslahenduslambid), on aga keerulisem, mittelineaarne voolu-pinge karakteristik.

Mittelineaarsed elemendid

Kui elektriahela elemendi puhul ei ole voolu sõltuvus pingest või pinge voolust, samuti takistus R konstantsed, st muutuvad sõltuvalt voolust või rakendatavast pingest, siis sellised elemendid nimetatakse mittelineaarseteks ja vastavalt selgub, et elektriahel , mis sisaldab vähemalt ühte mittelineaarset elementi, mittelineaarne elektriahel.

Mittelineaarse elemendi voolu-pinge karakteristik ei ole graafikul enam sirge, see on mittelineaarne ja sageli asümmeetriline, näiteks pooljuhtdiood. Ohmi seadus ei ole täidetud elektriahela mittelineaarsete elementide puhul.

Selles kontekstis ei saa rääkida ainult hõõglambist või pooljuhtseadmest, vaid ka mittelineaarsetest induktiivsustest ja kondensaatoritest, kus magnetvoog Φ ja laeng q on mittelineaarselt seotud pooli vooluga või pingega kondensaatori plaadid. Seetõttu on nende jaoks Weberi ampri karakteristikud ja Coulombi volti karakteristikud mittelineaarsed, need määratakse tabelite, graafikute või analüütiliste funktsioonidega.

Mittelineaarse elemendi näide on hõõglamp. Lambi hõõgniidi läbiva voolu suurenedes selle temperatuur tõuseb ja takistus suureneb, mis tähendab, et see ei ole konstantne ja seetõttu on see elektriahela element mittelineaarne.

Staatiline takistus

Mittelineaarsete elementide puhul on nende I — V karakteristiku igas punktis iseloomulik teatud staatiline takistus, st igale pinge ja voolu suhtele graafiku igas punktis omistatakse teatud takistuse väärtus. Seda saab arvutada järgmiselt. graafiku kaldenurga alfa puutuja horisontaalsele I-teljele, nagu asuks see punkt joongraafikul.

Diferentsiaaltakistus

Mittelineaarsetel elementidel on ka nn diferentsiaaltakistus, mis väljendub lõpmatult väikese pingetõusu ja vastava voolumuutuse suhtena. Seda takistust saab arvutada antud punktis I–V karakteristiku puutuja ja horisontaaltelje vahelise nurga puutujana.

Selline lähenemine muudab lihtsate mittelineaarsete ahelate analüüsi ja arvutamise võimalikult lihtsaks.

Ülaltoodud joonisel on kujutatud tüüpilise I — V tunnusjoon diood… See asub koordinaattasandi esimeses ja kolmandas kvadrandis, see ütleb meile, et kui dioodi pn-siirdele (ühes või teises suunas) rakendatakse positiivset või negatiivset pinget, tekib päri- või vastupidine nihe. dioodi pn-siirdest. Kui pinge dioodil mõlemas suunas suureneb, suureneb vool alguses veidi ja seejärel järsult. Sel põhjusel kuulub diood kontrollimatusse mittelineaarsesse bipolaarsesse võrku.

Sellel joonisel on kujutatud tüüpiliste I-V omadustega perekonda. fotodiood erinevates valgustingimustes. Fotodioodi peamine töörežiim on pöördpingerežiim, kui konstantse valgusvoo Ф juures vool praktiliselt ei muutu üsna laias tööpinge vahemikus. Nendes tingimustes põhjustab fotodioodi valgustava valgusvoo moduleerimine fotodioodi läbiva voolu samaaegse moduleerimise. Seega on fotodiood juhitav mittelineaarne bipolaarne seade.

See on VAC türistor, siin näete selle selget sõltuvust juhtelektroodi voolu suurusest. Esimeses kvadrandis on türistori tööosa. Kolmandas kvadrandis on I — V karakteristiku alguseks väike vool ja suur rakendatud pinge (suletud olekus on türistori takistus väga kõrge). Esimeses kvadrandis on vool suur, pingelang väike — türistor on hetkel lahti.

Suletud olekust avatud olekusse ülemineku hetk tekib siis, kui juhtelektroodile rakendatakse teatud voolu. Üleminek avatud olekust suletud olekusse toimub siis, kui türistori läbiv vool väheneb.Seega on türistor juhitav mittelineaarne kolmepooluseline (nagu transistor, kus kollektori vool sõltub baasvoolust).