Ikke-lineære elektriske kretser

Formål med ikke-lineære elementer i elektriske kretser

V elektriske kretser kan inneholde passive elementer, elektrisk motstand som i hovedsak avhenger av strømmen eller spenningen, med det resultat at strømmen ikke er direkte proporsjonal med spenningen. Slike elementer og de elektriske kretsene de kommer inn i kalles ikke-lineære elementer.

Ikke-lineære elementer gir elektriske kretser egenskaper som er uoppnåelige i lineære kretser (spennings- eller strømstabilisering, likestrømsforsterkning, etc.). De er ukontrollerbare og kontrollerte... Den første — bipolar — er designet for å fungere uten påvirkning av en kontrollfaktor på dem (halvledertermistorer og dioder), og den andre — multipolar — brukes når en kontrollfaktor virker på dem (transistorer). og tyristorer).

Strømspenningsegenskaper til ikke-lineære elementer

De elektriske egenskapene til ikke-lineære elementer er strøm-spenningskarakteristikk I (U) eksperimentelt oppnådde grafer som viser avhengigheten av strøm på spenning, for hvilke en omtrentlig, praktisk for beregning empirisk formel noen ganger er laget.

Ukontrollerte ikke-lineære elementer har en enkelt strøm-spenningskarakteristikk, og kontrollerte ikke-lineære elementer har en familie av slike egenskaper hvis parameter er den kontrollerende faktoren.

Lineære elementer har en konstant elektrisk motstand, så deres strømspenningskarakteristikk er en rett linje som går gjennom origo (fig. 1, a).

Strøm-spenningskarakteristikkene til ikke-lineær har en annen form og er delt inn i symmetriske og asymmetriske med hensyn til koordinataksene (fig. 1, b, c).

Ris. 1. Strømspenningsegenskaper for passive elementer: a — lineær, b — ulineær symmetrisk, c — ulineær asymmetrisk

Ris. 2. Grafer for å bestemme den statiske til differensielle motstanden til ikke-lineære elementer i seksjonene av strømspenningskarakteristikkene: a — stigende, b — fallende

For ikke-lineære elementer med en symmetrisk strøm-spenningskarakteristikk eller for symmetriske elementer forårsaker ikke en endring i spenningsretningen en endring i strømverdien (fig. 1, b), og for ikke-lineære elementer med en asymmetrisk spenning -strømkarakteristikk, eller for asymmetriske elementer, med en og samme absoluttverdi av spenningen rettet i motsatte retninger, er strømmene forskjellige (fig. 1, c). Derfor brukes ikke-lineære symmetriske elementer i DC- og AC-kretser, og ikke-lineære ubalanserte elementer, som regel, i AC-kretser for å konvertere AC til DC-strøm.

Kjennetegn ved ikke-lineære elementer

For hvert ikke-lineært element skilles det ut en statisk motstand som tilsvarer et gitt punkt i strømspenningskarakteristikken, for eksempel punkt A:

Rst = U/I = muOB/miBA = mr tga

og differensialmotstanden som er for. det samme punktet A bestemmes av formelen:

Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,

hvor mi, mi, sir — henholdsvis skalaen av spenninger, strømmer og motstander.

Den statiske motstanden karakteriserer egenskapene til et ikke-lineært element i konstantstrømmodus, og differensialmotstanden - for små avvik av strømmen fra stabil tilstandsverdi. Begge endres når de går fra ett punkt og strømspenningskarakteristikken til et annet, den første er alltid positiv og den andre variabelen: i den stigende delen av karakteristikken er strømspenningen positiv, og i den fallende delen er den negativ.

Ikke-lineære elementer er også preget av gjensidige verdier: statisk ledningsevne Gst og differensiell ledningsevne Gforskjellige eller dimensjonsløse parametere —

relativ motstand:

Kr = — (Rdifferanse /Rst)

eller relativ ledningsevne:

Kg = — (Gdifferanse / Gst)

Lineære elementer har parametere Kr og Kilogram lik en, og for ikke-lineære elementer skiller de seg fra den, og jo mer de skiller seg fra en, jo mer manifesteres ikke-lineariteten til den elektriske kretsen.

Beregning av ikke-lineære elektriske kretser

Ikke-lineære elektriske kretser beregnes grafisk og analytisk basert på Kirchhoffs lover og volt-ampere-karakteristikk for individuelle elementer i vekselstrømkretser for å konvertere vekselstrøm til likestrøm.

Når du grafisk beregner en elektrisk krets med to seriekoblede ikke-lineære motstander R1 og R2 med strømspenningskarakteristikk Iz (U1) og Iz (U2), bygger du strømspenningskarakteristikken til hele kretsen Iz (U), der U = U1 + U2, abscissen til punktene som finnes ved å summere abscissen til punktene til strømspenningskarakteristikkene til ikke-lineære motstander med like ordinater (fig. 3, a, b).

Ris. 3. Diagrammer og karakteristikker for ikke-lineære elektriske kretser: a — seriekobling av ikke-lineære motstander, b — volt-ampere karakteristikk for individuelle elementer og seriekretser, c — skjema for parallellkobling av ikke-lineære motstander, d — volt-ampere-karakteristikk for individuelle elementer og en parallellkrets.

Tilstedeværelsen av denne kurven gjør at spenningen U kan finne strømmen Az så vel som spenningen U1 og U2 ved terminalene til motstandene.

På samme måte utføres beregningen av den elektriske kretsen med to motstander koblet parallelt. R1 og R2 med strømspenningskarakteristikk I1 (U) og Az2 (U), for hvilke strømspenningskarakteristikken til hele kretsen Az(U) ble bygget, hvor Az = I1+I2, som ved bruk av en gitt spenning U, finn strømmer Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).

Den analytiske metoden for å beregne ikke-lineære elektriske kretser er basert på presentasjonen av spenningsegenskapene til de ikke-lineære elementene gjennom ligningene til de tilsvarende matematiske funksjonene, som gjør det mulig å utarbeide de nødvendige tilstandsligningene for de elektriske kretsene .Siden løsningen av slike ikke-lineære ligninger ofte forårsaker betydelige vanskeligheter, er den analytiske metoden for å beregne ikke-lineære kretser praktisk når driftsseksjonene av strømspenningskarakteristikkene til ikke-lineære elementer kan rettes ut. Dette lar deg beskrive den elektriske tilstanden til kretsen ved lineære ligninger som ikke skaper problemer med å løse dem.

Grunnleggende om elektroteknikk:

På potensialforskjell, elektromotorisk kraft og spenning

Elektrisk strøm i væsker og gasser

Elektrisk motstand av ledninger

Magnetisme og elektromagnetisme

Om magnetfeltet, solenoider og elektromagneter

Elektromagnetisk induksjon

Selvinduksjon og gjensidig induksjon

Elektrisk felt, elektrostatisk induksjon, kapasitans og kondensatorer

Hva er vekselstrøm og hvordan skiller den seg fra likestrøm