Linearni i nelinearni elementi električnog kruga

Linearni elementi

Oni elementi električnog kruga za koje su ovisnost struje o naponu I (U) ili napona o struji U (I), kao i otpor R, konstantni, nazivaju se linearnim elementima električnog kruga. . Prema tome, krug koji se sastoji od takvih elemenata naziva se linearni električni krug.

Linearne elemente karakterizira linearno simetrična strujno-naponska karakteristika (CVC), koja nalikuje ravnoj liniji koja prolazi kroz ishodište pod određenim kutom u odnosu na koordinatne osi. To pokazuje da za linearne elemente i za linearne električne krugove Ohmov zakon strogo promatrati.

Osim toga, možemo govoriti ne samo o elementima s čisto aktivnim otporima R, već io linearnim induktivitetima L i kapacitetima C, gdje je ovisnost magnetskog toka o struji — F (I) i ovisnost naboja kondenzatora o napon između njegovih ploča — q (U).

Glavni primjer linearnog elementa je namotani žičani otpornik… Struja kroz takav otpornik u određenom rasponu radnog napona linearno ovisi o vrijednosti otpora i naponu dovedenom na otpornik.

Karakteristika vodiča (strujno-naponska karakteristika) — odnos između napona primijenjenog na žicu i struje u njoj (obično izražen kao grafikon).

Za metalni vodič, na primjer, struja u njemu proporcionalna je primijenjenom naponu, pa je stoga karakteristika ravna linija. Što je linija strmija, manji je otpor žice. Međutim, neki vodiči u kojima struja nije proporcionalna primijenjenom naponu (na primjer, plinske žarulje) imaju složeniju, nelinearnu strujno-naponsku karakteristiku.

Nelinearni elementi

Ako za neki element električnog kruga ovisnost struje o naponu ili napona o struji, kao i otpor R, nisu konstantni, tj. mijenjaju se ovisno o struji ili o primijenjenom naponu, tada takvi elementi nazivaju se nelinearnim i, prema tome, ispada električni krug koji sadrži barem jedan nelinearni element nelinearni električni krug.

Strujno-naponska karakteristika nelinearnog elementa više nije ravna linija na grafu, ona je nelinearna i često asimetrična, kao što je poluvodička dioda. Ohmov zakon nije ispunjen za nelinearne elemente električnog kruga.

U tom kontekstu možemo govoriti ne samo o žarulji sa žarnom niti ili poluvodičkom uređaju, već io nelinearnim induktivitetima i kondenzatorima, gdje su magnetski tok Φ i naboj q nelinearno povezani sa strujom zavojnice ili s naponom između ploče kondenzatora. Stoga će za njih Weber-amperske karakteristike i Coulomb-voltne karakteristike biti nelinearne, postavljaju se tablicama, grafikonima ili analitičkim funkcijama.

Primjer nelinearnog elementa je žarulja sa žarnom niti. S povećanjem struje kroz žarnu nit žarulje raste njena temperatura i raste otpor, što znači da nije konstantan pa je stoga ovaj element električnog kruga nelinearan.

Statički otpor

Za nelinearne elemente, određeni statički otpor karakterističan je u svakoj točki njihove I—V karakteristike, to jest, svakom omjeru napona i struje u svakoj točki grafikona pripisuje se određena vrijednost otpora. Može se izračunati kao tangens kuta alfa nagiba grafa na horizontalnu I-os kao da ta točka leži na linijskom grafu.

Diferencijalni otpor

Nelinearni elementi također imaju takozvani diferencijalni otpor, koji se izražava kao omjer beskrajno malog povećanja napona i odgovarajuće promjene struje. Taj se otpor može izračunati kao tangens kuta između tangente I—V karakteristike u danoj točki i vodoravne osi.

Ovaj pristup čini analizu i proračun jednostavnih nelinearnih sklopova što je moguće jednostavnijim.

Gornja slika prikazuje I—V karakteristiku tipičnog dioda… Nalazi se u prvom i trećem kvadrantu koordinatne ravnine, što nam govori da će s pozitivnim ili negativnim naponom primijenjenim na pn-spoj diode (u jednom ili drugom smjeru), postojati prednapredna ili obrnuta prednapon od pn-spoja diode. Kako napon na diodi raste u bilo kojem smjeru, struja se u početku lagano povećava, a zatim naglo raste. Iz tog razloga dioda pripada nekontroliranoj nelinearnoj bipolarnoj mreži.

Ova slika prikazuje obitelj s tipičnim I — V karakteristikama. fotodioda pod različitim uvjetima osvjetljenja. Glavni način rada fotodiode je način obrnute pristranosti, kada se pri konstantnom svjetlosnom toku F struja praktički ne mijenja u prilično širokom rasponu radnih napona. Pod tim uvjetima, modulacija svjetlosnog toka koji osvjetljava fotodiodu rezultirat će istovremenom modulacijom struje kroz fotodiodu. Dakle, fotodioda je kontrolirani nelinearni bipolarni uređaj.

Ovo je VAC tiristor, ovdje možete vidjeti njegovu jasnu ovisnost o veličini struje kontrolne elektrode. U prvom kvadrantu - radni dio tiristora. U trećem kvadrantu, početak I-V karakteristike je mala struja i veliki primijenjeni napon (u zatvorenom stanju otpor tiristora je vrlo visok). U prvom kvadrantu, struja je velika, pad napona je mali - tiristor je trenutno otvoren.

Trenutak prijelaza iz zatvorenog u otvoreno stanje događa se dovođenjem određene struje na upravljačku elektrodu. Prijelaz iz otvorenog stanja u zatvoreno stanje događa se kada se struja kroz tiristor smanji.Dakle, tiristor je upravljani nelinearni tropolni (poput tranzistora kod kojeg struja kolektora ovisi o struji baze).