Elemente liniare și neliniare ale circuitului electric

Elemente liniare

Acele elemente ale circuitului electric, pentru care dependența curentului de tensiunea I (U) sau a tensiunii de curentul U (I), precum și rezistența R, sunt constante, se numesc elemente liniare ale circuitului electric. . În consecință, un circuit format din astfel de elemente se numește circuit electric liniar.

Elementele liniare sunt caracterizate de o caracteristică curent-tensiune liniar simetrică (CVC), care seamănă cu o linie dreaptă care trece prin origine la un anumit unghi față de axele de coordonate. Aceasta arată că pentru elementele liniare și pentru circuitele electrice liniare Legea lui Ohm strict respectate.

În plus, putem vorbi nu numai despre elemente cu rezistențe pur active R, ci și despre inductanțe liniare L și capacități C, unde dependența fluxului magnetic de curent — Ф (I) și dependența sarcinii condensatorului de tensiunea dintre plăcile sale — q (U).

Un prim exemplu de element liniar este rezistor cu fir spiralat… Curentul printr-un astfel de rezistor într-un anumit domeniu de tensiune de funcționare depinde liniar de valoarea rezistenței și de tensiunea aplicată rezistorului.

Caracteristica conductorului (caracteristica curent-tensiune) — relația dintre tensiunea aplicată firului și curentul din acesta (exprimat de obicei sub formă de grafic).

Pentru un conductor metalic, de exemplu, curentul din acesta este proporțional cu tensiunea aplicată și, prin urmare, caracteristica este o linie dreaptă. Cu cât linia este mai abruptă, cu atât rezistența firului este mai mică. Cu toate acestea, unii conductori la care curentul nu este proporțional cu tensiunea aplicată (de exemplu, lămpile cu descărcare în gaz) au o caracteristică curent-tensiune mai complexă, neliniară.

Elemente neliniare

Dacă pentru un element al unui circuit electric dependența curentului de tensiune sau tensiunea de curent, precum și rezistența R nu sunt constante, adică se modifică în funcție de curent sau de tensiunea aplicată, atunci astfel de elemente sunt numite neliniare și, în consecință, un circuit electric, care conține cel puțin un element neliniar, rezultă circuit electric neliniar.

Caracteristica curent-tensiune a unui element neliniar nu mai este o linie dreaptă pe grafic, este neliniară și adesea asimetrică, cum ar fi o diodă semiconductoare. Legea lui Ohm nu este îndeplinită pentru elementele neliniare ale unui circuit electric.

În acest context, putem vorbi nu numai despre o lampă incandescentă sau un dispozitiv semiconductor, ci și despre inductanțe și condensatoare neliniare, unde fluxul magnetic Φ și sarcina q sunt legate neliniar de curentul bobinei sau de tensiunea dintre plăcile condensatorului. Prin urmare, pentru ei caracteristicile Weber-amperi și caracteristicile Coulomb-volt vor fi neliniare, ele sunt stabilite prin tabele, grafice sau funcții analitice.

Un exemplu de element neliniar este o lampă cu incandescență. Pe măsură ce curentul prin filamentul lămpii crește, temperatura acesteia crește și rezistența crește, ceea ce înseamnă că nu este constant și, prin urmare, acest element al circuitului electric este neliniar.

Rezistenta statica

Pentru elementele neliniare, o anumită rezistență statică este caracteristică în fiecare punct al caracteristicii lor I — V, adică fiecărui raport tensiune-curent în fiecare punct al graficului i se atribuie o anumită valoare a rezistenței. Poate fi calculată ca tangenta unghiului alfa a pantei graficului la axa orizontală I ca și cum acest punct se află pe un grafic cu linii.

Rezistență diferențială

Elementele neliniare au, de asemenea, o așa-numită rezistență diferențială, care este exprimată ca raportul dintre o creștere infinitezimal de mică a tensiunii și modificarea corespunzătoare a curentului. Această rezistență poate fi calculată ca tangente a unghiului dintre tangenta la caracteristica I — V într-un punct dat și axa orizontală.

Această abordare face ca analiza și calculul circuitelor simple neliniare să fie cât mai simple posibil.

Figura de mai sus arată caracteristica I — V a unui tipic diodă… Este situat în primul și al treilea cadran al planului de coordonate, acest lucru ne spune că, cu o tensiune pozitivă sau negativă aplicată la joncțiunea pn a diodei (într-o direcție sau alta), va exista polarizare directă sau inversă de la joncțiunea pn a diodei. Pe măsură ce tensiunea pe diodă crește în oricare direcție, curentul crește inițial ușor, apoi crește brusc. Din acest motiv, dioda aparține unei rețele bipolare neliniare necontrolate.

Această figură arată o familie cu caracteristici tipice I — V. fotodiodă în diferite condiții de iluminare. Principalul mod de funcționare al fotodiodei este modul de polarizare inversă, când la un flux de lumină constant Ф curentul practic nu se modifică într-o gamă destul de largă de tensiuni de funcționare. În aceste condiții, modularea fluxului luminos care iluminează fotodioda va avea ca rezultat o modulare simultană a curentului prin fotodiodă. Astfel, fotodioda este un dispozitiv bipolar neliniar controlat.

Acesta este VAC tiristor, aici puteți vedea dependența sa clară de mărimea curentului electrodului de control. În primul cadran - secțiunea de lucru a tiristorului. În al treilea cadran, începutul caracteristicii I — V este un curent mic și o tensiune mare aplicată (în stare închisă, rezistența tiristorului este foarte mare). În primul cadran, curentul este mare, căderea de tensiune este mică - tiristorul este în prezent deschis.

Momentul de tranziție de la starea închisă la cea deschisă are loc atunci când un anumit curent este aplicat electrodului de comandă. Trecerea de la starea deschisă la starea închisă are loc atunci când curentul prin tiristor scade.Astfel, tiristorul este un tripoli neliniar controlat (ca un tranzistor unde curentul colectorului depinde de curentul de bază).