Linjära och icke-linjära element i den elektriska kretsen

Linjära element

De element i den elektriska kretsen, för vilka strömberoendet av spänningen I (U) eller spänningen på strömmen U (I), såväl som motståndet R, är konstanta, kallas linjära element i den elektriska kretsen . Följaktligen kallas en krets som består av sådana element en linjär elektrisk krets.

Linjära element kännetecknas av en linjärsymmetrisk ström-spänningskarakteristik (CVC), som liknar en rät linje som går genom origo i en viss vinkel mot koordinataxlarna. Detta visar det för linjära element och för linjära elektriska kretsar Ohms lag strikt observerad.

Dessutom kan vi prata inte bara om element med rent aktiva motstånd R, utan också om linjära induktanser L och kapacitanser C, där beroendet av det magnetiska flödet av strömmen — Ф (I) och beroendet av kondensatorladdningen på spänning mellan dess plattor — q (U).

Ett utmärkt exempel på ett linjärt element är lindat trådmotstånd… Strömmen genom ett sådant motstånd i ett visst driftspänningsområde beror linjärt på resistansens värde och på den spänning som läggs på motståndet.

Ledarkarakteristik (ström-spänningskarakteristik) — förhållandet mellan spänningen på tråden och strömmen i den (vanligtvis uttryckt som en graf).

För en metallledare, till exempel, är strömmen i den proportionell mot den applicerade spänningen, och därför är karakteristiken en rät linje. Ju brantare linjen är, desto lägre motstånd har tråden. Vissa ledare i vilka strömmen inte är proportionell mot den pålagda spänningen (till exempel gasurladdningslampor) har dock en mer komplex, icke-linjär ström-spänningskarakteristik.

Icke-linjära element

Om för ett element i en elektrisk krets strömberoendet av spänningen eller spänningen på strömmen, såväl som motståndet R, inte är konstanta, det vill säga de ändras beroende på strömmen eller på den applicerade spänningen, då är sådana element kallas icke-linjära och följaktligen visar sig en elektrisk krets som innehåller minst ett icke-linjärt element icke-linjär elektrisk krets.

Strömspänningskarakteristiken för ett icke-linjärt element är inte längre en rät linje på grafen, den är icke-linjär och ofta asymmetrisk, såsom en halvledardiod. Ohms lag är inte uppfylld för icke-linjära element i en elektrisk krets.

I det här sammanhanget kan vi inte bara tala om en glödlampa eller en halvledarenhet, utan också om icke-linjära induktanser och kondensatorer, där det magnetiska flödet Φ och laddningen q är icke-linjärt relaterade till spolströmmen eller till spänningen mellan kondensatorns plattor. Därför kommer Weber-ampere-karakteristiken och Coulomb-volt-egenskaperna att vara icke-linjära, de ställs in av tabeller, grafer eller analytiska funktioner.

Ett exempel på ett icke-linjärt element är en glödlampa. När strömmen genom lampans glödtråd ökar, ökar dess temperatur och resistansen ökar, vilket innebär att den inte är konstant och därför är detta element i den elektriska kretsen icke-linjär.

Statiskt motstånd

För icke-linjära element är ett visst statiskt motstånd karakteristiskt vid varje punkt av deras I-V-karakteristik, det vill säga varje spänning-till-strömförhållande vid varje punkt i grafen tilldelas ett visst resistansvärde. Det kan beräknas som tangenten för vinkeln alfa för grafens lutning till den horisontella I-axeln som om denna punkt ligger på en linjegraf.

Differentialmotstånd

Icke-linjära element har också en så kallad differentialresistans, vilket uttrycks som förhållandet mellan en oändligt liten ökning av spänningen och motsvarande förändring i strömmen. Detta motstånd kan beräknas som tangenten för vinkeln mellan tangenten till I-V-karakteristiken vid en given punkt och den horisontella axeln.

Detta tillvägagångssätt gör analysen och beräkningen av enkla olinjära kretsar så enkel som möjligt.

Figuren ovan visar I — V-karaktäristiken för en typisk diod... Den är belägen i den första och tredje kvadranten av koordinatplanet, detta talar om för oss att med en positiv eller negativ spänning applicerad på diodens pn-övergång (i den ena eller den andra riktningen), kommer det att finnas framåt- eller bakåtförspänning från diodens pn-övergång. När spänningen över dioden ökar i endera riktningen, ökar strömmen initialt något, för att sedan öka kraftigt. Av denna anledning tillhör dioden ett okontrollerat olinjärt bipolärt nätverk.

Denna figur visar en familj med typiska I-V-egenskaper. fotodiod under olika ljusförhållanden. Fotodiodens huvudfunktion är det omvända förspänningsläget, när vid ett konstant ljusflöde Ф strömmen praktiskt taget inte förändras i ett ganska brett område av driftsspänningar. Under dessa förhållanden kommer modulering av ljusflödet som lyser upp fotodioden att resultera i en samtidig modulering av strömmen genom fotodioden. Således är fotodioden en kontrollerad olinjär bipolär anordning.

Det här är VAC tyristor, här kan du se dess tydliga beroende av storleken på styrelektrodströmmen. I den första kvadranten — arbetsdelen av tyristorn. I den tredje kvadranten är början av I - V-karakteristiken en liten ström och en stor pålagd spänning (i stängt tillstånd är tyristorns resistans mycket hög). I den första kvadranten är strömmen hög, spänningsfallet är litet - tyristorn är för närvarande öppen.

Övergångsögonblicket från stängt till öppet tillstånd inträffar när en viss ström appliceras på styrelektroden. Övergången från öppet tillstånd till stängt tillstånd sker när strömmen genom tyristorn minskar.Således är tyristorn en kontrollerad icke-linjär trepolig (som en transistor där kollektorströmmen beror på basströmmen).