Lineære og ikke-lineære elementer i den elektriske kretsen

Lineære elementer

De elementene i den elektriske kretsen, for hvilke avhengigheten av strømmen til spenningen I (U) eller spenningen på strømmen U (I), så vel som motstanden R, er konstant, kalles lineære elementer i den elektriske kretsen . Følgelig kalles en krets bestående av slike elementer en lineær elektrisk krets.

Lineære elementer er preget av en lineært symmetrisk strøm-spenningskarakteristikk (CVC), som ligner en rett linje som går gjennom origo i en viss vinkel til koordinataksene. Dette viser det for lineære elementer og for lineære elektriske kretser Ohms lov strengt overholdt.

I tillegg kan vi snakke ikke bare om elementer med rent aktive motstander R, men også om lineære induktanser L og kapasitanser C, hvor avhengigheten av den magnetiske fluksen av strømmen — Ф (I) og avhengigheten av kondensatorladningen på spenning mellom platene - q (U).

Et godt eksempel på et lineært element er spiral ledning motstand… Strømmen gjennom en slik motstand i et bestemt driftsspenningsområde avhenger lineært av verdien av motstanden og av spenningen som påføres motstanden.

Lederkarakteristikk (strømspenningskarakteristikk) — forholdet mellom spenningen påført ledningen og strømmen i den (vanligvis uttrykt som en graf).

For en metallleder, for eksempel, er strømmen i den proporsjonal med den påførte spenningen, og derfor er karakteristikken en rett linje. Jo brattere linjen er, desto lavere er motstanden til ledningen. Imidlertid har noen ledere der strømmen ikke er proporsjonal med den påførte spenningen (for eksempel gassutladningslamper) en mer kompleks, ikke-lineær strømspenningskarakteristikk.

Ikke-lineære elementer

Hvis for et element i en elektrisk krets avhengigheten av strømmen av spenningen eller spenningen på strømmen, så vel som motstanden R, ikke er konstant, det vil si at de endres avhengig av strømmen eller den påførte spenningen, så er slike elementer kalles ikke-lineær, og følgelig viser en elektrisk krets som inneholder minst ett ikke-lineært element. ikke-lineær elektrisk krets.

Strømspenningskarakteristikken til et ikke-lineært element er ikke lenger en rett linje på grafen, den er ikke-lineær og ofte asymmetrisk, for eksempel en halvlederdiode. Ohms lov er ikke oppfylt for ikke-lineære elementer i en elektrisk krets.

I denne sammenheng kan vi ikke bare snakke om en glødelampe eller en halvlederenhet, men også om ikke-lineære induktanser og kondensatorer, hvor den magnetiske fluksen Φ og ladningen q er ikke-lineært relatert til spolestrømmen eller til spenningen mellom platene til kondensatoren. Derfor, for dem vil Weber-ampere-karakteristikkene og Coulomb-volt-karakteristikkene være ikke-lineære, de er satt av tabeller, grafer eller analytiske funksjoner.

Et eksempel på et ikke-lineært element er en glødelampe. Når strømmen gjennom glødetråden til lampen øker, øker temperaturen og motstanden øker, noe som betyr at den ikke er konstant og derfor er dette elementet i den elektriske kretsen ikke-lineært.

Statisk motstand

For ikke-lineære elementer er en viss statisk motstand karakteristisk ved hvert punkt av deres I-V-karakteristikk, det vil si at hvert spenning-til-strømforhold i hvert punkt i grafen er tilordnet en viss motstandsverdi. Den kan beregnes som tangenten til vinkelen alfa til grafens helning til den horisontale I-aksen som om dette punktet ligger på en linjegraf.

Differensiell motstand

Ikke-lineære elementer har også en såkalt differensialmotstand, som uttrykkes som forholdet mellom en uendelig liten økning i spenning og tilsvarende endring i strøm. Denne motstanden kan beregnes som tangenten til vinkelen mellom tangenten til I-V-karakteristikken i et gitt punkt og den horisontale aksen.

Denne tilnærmingen gjør analysen og beregningen av enkle ikke-lineære kretsløp så enkel som mulig.

Figuren over viser I - V-karakteristikken til en typisk diode… Den er plassert i første og tredje kvadrant av koordinatplanet, dette forteller oss at med en positiv eller negativ spenning påført pn-krysset til dioden (i den ene eller den andre retningen), vil det være forover- eller bakoverspenning fra pn-krysset til dioden. Når spenningen over dioden øker i begge retninger, øker strømmen først litt, for deretter å øke kraftig. Av denne grunn tilhører dioden et ukontrollert ikke-lineært bipolart nettverk.

Denne figuren viser en familie med typiske I-V-egenskaper. fotodiode under forskjellige lysforhold. Hovedmodusen for drift av fotodioden er omvendt forspenningsmodus, når den ved en konstant lysstrøm Ф strømmen praktisk talt ikke endres i et ganske bredt spekter av driftsspenninger. Under disse forholdene vil modulering av lysfluksen som lyser opp fotodioden resultere i en samtidig modulering av strømmen gjennom fotodioden. Dermed er fotodioden en kontrollert ikke-lineær bipolar enhet.

Dette er VAC tyristor, her kan du se dens klare avhengighet av størrelsen på kontrollelektrodestrømmen. I første kvadrant - arbeidsdelen av tyristoren. I den tredje kvadranten er begynnelsen av I - V-karakteristikken en liten strøm og en stor påført spenning (i lukket tilstand er motstanden til tyristoren veldig høy). I den første kvadranten er strømmen høy, spenningsfallet er lite - tyristoren er for øyeblikket åpen.

Øyeblikket for overgang fra lukket til åpen tilstand oppstår når en viss strøm påføres kontrollelektroden. Overgangen fra åpen tilstand til lukket tilstand skjer når strømmen gjennom tyristoren avtar.Således er tyristoren en kontrollert ikke-lineær trepolet (som en transistor hvor kollektorstrømmen avhenger av basisstrømmen).