Circuite electrice neliniare

Scopul elementelor neliniare din circuitele electrice

V circuite electrice poate include elemente pasive, rezistență electrică care depinde esential de curent sau de stres, rezultand ca curentul nu este direct proportional cu tensiunea. Astfel de elemente și circuitele electrice în care intră sunt numite elemente neliniare.

Elementele neliniare conferă circuitelor electrice proprietăți de neatins în circuitele liniare (stabilizare de tensiune sau curent, amplificare DC etc.). Sunt incontrolabile și controlate... Primul — bipolar — este proiectat să funcționeze fără influența unui factor de control asupra lor (termistori și diode semiconductoare), iar cel de-al doilea — multipolar — este utilizat atunci când un factor de control acționează asupra lor (tranzistoare). și tiristoare).

Caracteristicile curent-tensiune ale elementelor neliniare

Proprietățile electrice ale elementelor neliniare sunt caracteristicile curent-tensiune I (U) grafice obținute experimental care arată dependența curentului de tensiune, pentru care se realizează uneori o formulă empirică aproximativă, convenabilă pentru calcul.

Elementele neliniare necontrolate au o singură caracteristică curent-tensiune, iar elementele neliniare controlate au o familie de astfel de caracteristici al căror parametru este factorul de control.

Elementele liniare au o rezistență electrică constantă, astfel încât caracteristica lor curent-tensiune este o linie dreaptă care trece prin origine (Fig. 1, a).

Caracteristicile curent-tensiune ale neliniarului au o formă diferită și sunt împărțite în simetrice și asimetrice în raport cu axele de coordonate (Fig. 1, b, c).

Orez. 1. Caracteristicile curent-tensiune ale elementelor pasive: a — liniar, b — neliniar simetric, c — neliniar asimetric

Orez. 2. Grafice pentru determinarea rezistenței statice la diferențială a elementelor neliniare în secțiunile caracteristicilor curent-tensiune: a — în creștere, b — în scădere

Pentru elementele neliniare cu o caracteristică curent-tensiune simetrică sau pentru elementele simetrice, o modificare a direcției tensiunii nu provoacă o modificare a valorii curentului (Fig. 1, b), iar pentru elementele neliniare cu o tensiune asimetrică -caracteristica curentului, sau pentru elementele asimetrice, cu una si aceeasi valoare absoluta a tensiunii dirijate in sensuri opuse, curentii sunt diferiti (Fig. 1, c). Prin urmare, elementele simetrice neliniare sunt utilizate în circuitele DC și AC, iar elementele neliniare dezechilibrate, de regulă, în circuitele AC pentru a converti AC în curent DC.

Caracteristicile elementelor neliniare

Pentru fiecare element neliniar se distinge o rezistență statică corespunzătoare unui punct dat al caracteristicii curent-tensiune, de exemplu punctul A:

Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα

si rezistenta diferentiala care este pt. același punct A este determinat de formula:

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

unde mi, mi, sir — respectiv scara tensiunilor, curenților și rezistențelor.

Rezistența statică caracterizează proprietățile unui element neliniar în modul de curent constant, iar rezistența diferențială - pentru abateri mici ale curentului de la valoarea de stare constantă. Ambele se schimbă la trecerea dintr-un punct și caracteristica curent-tensiune la altul, primul fiind întotdeauna pozitiv și a doua variabilă: în secțiunea ascendentă a caracteristicii, curent-tensiune este pozitivă, iar în secțiunea descendentă este negativă.

Elementele neliniare se caracterizează și prin valori reciproce: conductivitate statică Gst și conductivitate diferențială G Parametri diferiți sau adimensionali —

rezistenta relativa:

Kr = — (Rdiferență /Rst)

sau conductivitate relativă:

Kg = — (Gdiferență / Gst)

Elementele liniare au parametrii Kr și Kilogram egali cu unu, iar pentru elementele neliniare se deosebesc de acesta și cu cât se deosebesc mai mult de unul, cu atât se manifestă mai mult neliniaritatea circuitului electric.

Calculul circuitelor electrice neliniare

Circuitele electrice neliniare sunt calculate grafic și analitic pe baza legile lui Kirchhoff și caracteristicile volt-amper ale elementelor individuale ale circuitelor de curent alternativ pentru conversia curentului alternativ în curent continuu.

Când se calculează grafic un circuit electric cu două rezistențe neliniare conectate în serie R1 și R2 cu caracteristicile curent-tensiune Iz (U1) și Iz (U2), construiți caracteristica curent-tensiune a întregului circuit Iz (U), unde U = U1 + U2, abscisele punctelor cărora se găsesc prin însumarea absciselor punctelor caracteristicilor curent-tensiune ale rezistențelor neliniare cu ordonate egale (Fig. 3, a, b).

Orez. 3. Diagrame și caracteristici ale circuitelor electrice neliniare: a — circuitul de conectare în serie a rezistențelor neliniare, b — caracteristicile volt-amper ale elementelor individuale și ale circuitului în serie, c — schema de conectare în paralel a rezistențelor neliniare, d — caracteristicile volt-amper ale elementelor individuale și ale unui circuit paralel.

Prezența acestei curbe permite tensiunii U să găsească curentul Az precum și tensiunea U1 și U2 la bornele rezistențelor.

În același mod, se efectuează calculul circuitului electric cu două rezistențe conectate în paralel. R1 și R2 cu caracteristicile curent-tensiune I1 (U) și Az2 (U), pentru care a fost construită caracteristica curent-tensiune a întregului circuit Az(U), unde Az = I1+I2, pe care, folosind o tensiune dată U, găsiți curenții Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).

Metoda analitică de calcul a circuitelor electrice neliniare se bazează pe prezentarea caracteristicilor de tensiune ale elementelor neliniare prin ecuațiile funcțiilor matematice corespunzătoare, care fac posibilă întocmirea ecuațiilor de stare necesare pentru circuitele electrice. .Deoarece soluția unor astfel de ecuații neliniare provoacă adesea dificultăți semnificative, metoda analitică pentru calcularea circuitelor neliniare este convenabilă atunci când secțiunile de funcționare ale caracteristicilor curent-tensiune ale elementelor neliniare pot fi îndreptate. Acest lucru vă permite să descrieți starea electrică a circuitului prin ecuații liniare care nu creează dificultăți în rezolvarea acestora.

Fundamentele ingineriei electrice:

Pe diferența de potențial, forța electromotoare și tensiunea

Curentul electric în lichide și gaze

Rezistența electrică a firelor

Magnetism și electromagnetism

Despre câmpul magnetic, solenoizi și electromagneți

Inductie electromagnetica

Auto-inducție și inducție reciprocă

Câmp electric, inducție electrostatică, capacitate și condensatoare

Ce este curentul alternativ și cum diferă de curentul continuu