Lineære og ikke-lineære elementer i det elektriske kredsløb

Lineære elementer

De elementer i det elektriske kredsløb, for hvilke strømmens afhængighed af spændingen I (U) eller spændingen på strømmen U (I), såvel som modstanden R, er konstante, kaldes lineære elementer i det elektriske kredsløb . Følgelig kaldes et kredsløb bestående af sådanne elementer et lineært elektrisk kredsløb.

Lineære elementer er kendetegnet ved en lineært symmetrisk strøm-spændingskarakteristik (CVC), som ligner en ret linje, der går gennem origo i en bestemt vinkel til koordinatakserne. Dette viser det for lineære elementer og for lineære elektriske kredsløb Ohms lov strengt overholdt.

Derudover kan vi ikke kun tale om elementer med rent aktive modstande R, men også om lineære induktanser L og kapacitanser C, hvor afhængigheden af ​​den magnetiske flux af strømmen — Ф (I) og afhængigheden af ​​kondensatorladningen af spænding mellem dens plader — q (U).

Et godt eksempel på et lineært element er spoleledsmodstand… Strømmen gennem en sådan modstand i et bestemt driftsspændingsområde afhænger lineært af værdien af ​​modstanden og af den spænding, der påføres modstanden.

Lederkarakteristik (strømspændingskarakteristik) — forholdet mellem spændingen på ledningen og strømmen i den (normalt udtrykt som en graf).

For en metalleder, for eksempel, er strømmen i den proportional med den påførte spænding, og derfor er karakteristikken en ret linje. Jo stejlere linjen er, jo lavere modstand er ledningen. Men nogle ledere, hvor strømmen ikke er proportional med den påførte spænding (for eksempel gasudladningslamper), har en mere kompleks, ikke-lineær strøm-spændingskarakteristik.

Ikke-lineære elementer

Hvis for et element i et elektrisk kredsløb afhængigheden af ​​strømmen af ​​spændingen eller spændingen af ​​strømmen, såvel som modstanden R, ikke er konstant, dvs. de ændrer sig afhængigt af strømmen eller af den påførte spænding, så er sådanne elementer kaldes ikke-lineære, og følgelig viser et elektrisk kredsløb, der indeholder mindst et ikke-lineært element, ikke-lineært elektrisk kredsløb.

Strøm-spændingskarakteristikken for et ikke-lineært element er ikke længere en ret linje på grafen, den er ikke-lineær og ofte asymmetrisk, såsom en halvlederdiode. Ohms lov er ikke opfyldt for ikke-lineære elementer i et elektrisk kredsløb.

I denne sammenhæng kan vi ikke kun tale om en glødelampe eller en halvlederanordning, men også om ikke-lineære induktanser og kondensatorer, hvor den magnetiske flux Φ og ladning q er ikke-lineært relateret til spolestrømmen eller til spændingen mellem kondensatorens plader. Derfor vil Weber-ampere-karakteristika og Coulomb-volt-karakteristika for dem være ikke-lineære, de er sat af tabeller, grafer eller analytiske funktioner.

Et eksempel på et ikke-lineært element er en glødelampe. Når strømmen gennem lampens glødetråd stiger, stiger dens temperatur, og modstanden stiger, hvilket betyder, at den ikke er konstant, og derfor er dette element i det elektriske kredsløb ikke-lineært.

Statisk modstand

For ikke-lineære elementer er en vis statisk modstand karakteristisk ved hvert punkt af deres I-V-karakteristik, det vil sige, at hvert spænding-til-strømforhold i hvert punkt på grafen tildeles en vis modstandsværdi. Den kan beregnes som tangenten af ​​vinklen alfa af grafens hældning til den vandrette I-akse, som om dette punkt ligger på en linjegraf.

Differentiel modstand

Ikke-lineære elementer har også en såkaldt differensmodstand, der udtrykkes som forholdet mellem en uendeligt lille stigning i spændingen og den tilsvarende ændring i strøm. Denne modstand kan beregnes som tangenten af ​​vinklen mellem tangenten til I-V-karakteristikken i et givet punkt og den vandrette akse.

Denne tilgang gør analysen og beregningen af ​​simple ikke-lineære kredsløb så enkel som muligt.

Figuren ovenfor viser I - V karakteristikken for en typisk diode… Den er placeret i første og tredje kvadrant af koordinatplanet, dette fortæller os, at med en positiv eller negativ spænding påført pn-forbindelsen af ​​dioden (i den ene eller den anden retning), vil der være fremadgående eller tilbagegående bias fra diodens pn-kryds. Efterhånden som spændingen over dioden stiger i begge retninger, stiger strømmen til at begynde med en smule, for derefter at øges kraftigt. Af denne grund tilhører dioden et ukontrolleret ikke-lineært bipolært netværk.

Denne figur viser en familie med typiske I-V-karakteristika. fotodiode under forskellige lysforhold. Fotodiodens hovedfunktion er den omvendte forspændingstilstand, når strømmen ved en konstant lysflux Ф praktisk talt ikke ændres i et ret bredt område af driftsspændinger. Under disse forhold vil modulering af lysfluxen, der belyser fotodioden, resultere i en samtidig modulation af strømmen gennem fotodioden. Fotodioden er således en styret ikke-lineær bipolær enhed.

Dette er VAC tyristor, her kan du se dens klare afhængighed af størrelsen af ​​styreelektrodestrømmen. I den første kvadrant - arbejdssektionen af ​​tyristoren. I den tredje kvadrant er begyndelsen af ​​I - V-karakteristikken en lille strøm og en stor påført spænding (i lukket tilstand er tyristorens modstand meget høj). I den første kvadrant er strømmen høj, spændingsfaldet er lille - tyristoren er i øjeblikket åben.

Overgangsmomentet fra lukket til åben tilstand opstår, når en bestemt strøm påføres kontrolelektroden. Overgangen fra åben tilstand til lukket tilstand sker, når strømmen gennem tyristoren falder.Således er tyristoren en styret ikke-lineær tre-polet (som en transistor, hvor kollektorstrømmen afhænger af basisstrømmen).