Нелінійні електричні ланцюги

Призначення нелінійних елементів в електронних ланцюгах

В електронні ланцюги можуть заходити пасивні елементи, електричний опір яких істотно залежить від струму або напруги, в результаті чого струм не знаходиться в прямо пропорційній залежності по відношенню до напруги. Такі елементи і електронні ланцюги, в які вони входять, називають нелінійними елементами.

Нелінійні елементи присвоюють електронним ланцюгах характеристики, недосяжні в лінійних ланцюгах (стабілізація напруги або струму, посилення незмінного струму і ін.). Вони бувають некеровані і керовані. 1-і - двухполюсники - створені для роботи без впливу на їх керуючого фактора (напівпровідникові терморезистори і діоди), а 2-і - багатополюсника - застосовуються при впливі на їх керуючого фактора (транзистори і тиристори).

Вольт-амперні властивості нелінійних частин

Електронні характеристики нелінійних елементів представляють вольт-амперних чертаміI (U) експериментально придбаними графіками, що відображають залежність струму від напруги, для яких час від часу складають наближену, комфортну для розрахунків емпіричну формулу.

Некеровані нелінійні елементи мають одну вольт-амперну характеристику, а керовані - сімейство таких рис, параметром якого є керуючий фактор.

У лінійних частин електричний опір постійно, тому вольт-амперна риса їх є прямою лінією, що проходить через початок координат (рис. 1, а).

Вольт-амперні властивості нелінійних мають різну форму і діляться на симетричні і несиметричні щодо осей координат (рис. 1, б, в).

Мал. 1. Вольт-амперні властивості пасивних частин: а - лінійних, б - нелінійних симетричних, в - нелінійних несиметричних

Мал. 2. Графіки для визначення статичного до диференціального опорів нелінійних частин на ділянках вольтамперних характеристик: а - висхідному, б - падаючому

У нелінійних частин із симетричною вольт-амперної характеристикою, або у симетричних, частин, зміна напрямку напруги бракує зміни значення струму (рис. 1, б), а у нелінійних частин з несиметричною вольт-амперної характеристикою, або у несиметричних частин, при одному і тому ж абсолютному значенні напруги, спрямованого в зворотні сторони, струми різні (рис. 1, в). Тому нелінійні симетричні елементи використовують в ланцюгах постійного і змінного струму, а нелінійні несиметричні елементи, зазвичай, в ланцюгах змінного струму для перетворення змінного струму в струм незмінного напрямку.

Властивості нелінійних частин

Для кожного нелінійного елемента розрізняють статичний опір, відповідне даній точці вольт-амперної властивості, наприклад, точці А:

Rст = U / I = muOB / miBA = mr tgα

і диференційний опір, яке для. тієї ж точки А визначається за формулою:

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

де mu, mi, mr - відповідно масштаб напруг, струмів і опорів.

Статичний опір характеризує характеристики нелінійного елемента в режимі постійного струму, а диференціальне - при малих відхиленнях струму від сталого значення. Обидва вони змінюються при переході від однієї точки і вольт-амперної властивості до іншого, при цьому 1-е завжди позитивне, а 2-е - знакозмінні: на висхідному ділянці вольт-амперної властивості воно позитивне, а на падаючому ділянці - негативний.

Нелінійні елементи характеризуються також оборотними величинами: статичної провідністю Gст і диференціальної провідністю Gдіф або безрозмірними параметрами -

відносним опором:

Kr = - (Rдіф / Rст)

або відносної провідністю:

Kg = - (Gдіф / Gст)

У лінійних частин характеристики Kr і Kg рівні одиниці, а у нелінійних частин відрізняються від неї, при цьому чим більше вони відрізняються від одиниці, тим більше проявляється нелінійність електронної ланцюга.

Нелінійні електронні ланцюги розраховують графічним і аналітичним способами, в основу яких покладені закони Кірхгофа і вольт-амперні властивості окремих частин ланцюгах змінного струму для перетворення змінного струму в струм незмінного напрямку.

При графічному розрахунку електронної ланцюга з 2-ма по черзі з`єднаними нелінійними резістораміR1 і R2 з вольт-амперних рисами I (U1) і I (U2) будують вольт-амперну характеристику всьому ланцюгу I (U), де U = U1 + U2, абсциси точок якої знаходять підсумовуванням абсцис точок вольт-амперних характеристик нелінійних резисторів з рівними координатами (рис. 3, а, б).

Мал. 3. Схеми і властивості нелінійних електронних ланцюгів: а - схема почергового з`єднання нелінійних резисторів, б - вольт-амперні властивості окремих частин і почергової ланцюга, в - схема паралельного з`єднання нелінійних резисторів, г - вольт-амперні властивості окремих частин і паралельної ланцюга.

Наявність цієї кривої дозволяє по напрузі U відшукати ток I, також напруги U1 і U2 на затискачах резисторів.

Аналогічно роблять розрахунок електронної ланцюга з 2-ма паралельно з`єднаними резисторами R1 і R2 з вольт-амперних рисами I1 (U) і I2 (U), навіщо будують вольт-амперну характеристику всьому ланцюгу I (U), де I = I1 + I2, по якій, користуючись даними напругою U, знаходять струми I, I1, I2 (рис. 3, в, г).

Аналітичний спосіб розрахунку нелінійних електронних ланцюгів заснований на поданні вольтамперних характеристик нелінійних елементів рівняннями відповідних математичних функцій, що дозволяють скласти потрібні рівняння стану електронних ланцюгів. Так як рішення таких нелінійних рівнянь нерідко викликає значні труднощі, аналітичний спосіб розрахунку нелінійних ланцюгів комфортний, коли робочі ділянки вольт-амперних характеристик нелінійних елементів можуть бути випрямлені. Це дозволяє окреслити електронний стан ланцюга лінійними рівняннями, що не викликають труднощі при їх вирішенні.

Основи електротехніки:

Про різницю потенціалів, електрорушійну силу і напругу

Електронний струм в рідинах і газах

Електричний опір провідників

Магнетизм і електромагнетизм

Про магнітне поле, соленоїди і електромагніти

електрична індукція

Самоіндукція і взаємоіндукція

Електронне поле, електростатичний індукція, ємність і конденсатори

Що таке змінний струм і чим він відрізняється від струму незмінного