Ikke-lineære elektriske kredsløb

Formål med ikke-lineære elementer i elektriske kredsløb

V elektriske kredsløb kan omfatte passive elementer, elektrisk modstand hvilket i det væsentlige afhænger af strømmen eller spændingen, med det resultat, at strømmen ikke er direkte proportional med spændingen. Sådanne elementer og de elektriske kredsløb, hvori de indgår, kaldes ikke-lineære elementer.

Ikke-lineære elementer giver elektriske kredsløb egenskaber, der er uopnåelige i lineære kredsløb (spændings- eller strømstabilisering, DC-forstærkning osv.). De er ukontrollerbare og kontrollerede... Den første - bipolære - er designet til at fungere uden indflydelse af en kontrolfaktor på dem (halvledertermistorer og dioder), og den anden - multipolære - bruges, når en kontrolfaktor virker på dem (transistorer) og tyristorer).

Strømspændingskarakteristika for ikke-lineære elementer

De elektriske egenskaber af ikke-lineære elementer er strøm-spændingskarakteristika I (U) eksperimentelt opnåede grafer, der viser strømafhængigheden af ​​spænding, for hvilke der nogle gange laves en omtrentlig, bekvem til beregning empirisk formel.

Ukontrollerede ikke-lineære elementer har en enkelt strøm-spændingskarakteristik, og kontrollerede ikke-lineære elementer har en familie af sådanne karakteristika, hvis parameter er den styrende faktor.

Lineære elementer har en konstant elektrisk modstand, så deres strøm-spændingskarakteristik er en ret linje, der går gennem origo (fig. 1, a).

Strøm-spændingskarakteristika for ikke-lineære har en anden form og er opdelt i symmetriske og asymmetriske med hensyn til koordinatakserne (fig. 1, b, c).

Ris. 1. Strømspændingskarakteristika for passive elementer: a — lineær, b — ulineær symmetrisk, c — ulineær asymmetrisk

Ris. 2. Grafer til bestemmelse af den statiske til differentielle modstand af ikke-lineære elementer i sektionerne af strøm-spændingskarakteristika: a — stigende, b — faldende

For ikke-lineære elementer med en symmetrisk strøm-spændingskarakteristik eller for symmetriske elementer medfører en ændring i spændingsretningen ikke en ændring af strømværdien (fig. 1, b), og for ikke-lineære elementer med en asymmetrisk spænding -strømkarakteristik, eller for asymmetriske elementer, med en og samme absolutte værdi af spændingen rettet i modsatte retninger, er strømmene forskellige (fig. 1, c). Derfor bruges ikke-lineære symmetriske elementer i DC- og AC-kredsløb, og ikke-lineære ubalancerede elementer som regel i AC-kredsløb for at konvertere AC til DC-strøm.

Karakteristika for ikke-lineære elementer

For hvert ikke-lineært element skelnes der en statisk modstand svarende til et givet punkt af strøm-spændingskarakteristikken, for eksempel punkt A:

Rst = U/I = muOB/miBA = mr tga

og den differentielle modstand, som er for. det samme punkt A bestemmes af formlen:

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

hvor mi, mi, sir — henholdsvis skalaen af ​​spændinger, strømme og modstande.

Den statiske modstand karakteriserer egenskaberne af et ikke-lineært element i konstant strømtilstand og den differentielle modstand - for små afvigelser af strømmen fra den stabile værdi. Begge ændres, når de går fra et punkt og strømspændingskarakteristikken til et andet, hvor den første altid er positiv og den anden variabel: i den stigende sektion af karakteristikken er strømspændingen positiv, og i den faldende sektion er den negativ.

Ikke-lineære elementer er også karakteriseret ved gensidige værdier: statisk ledningsevne Gst og differentiel ledningsevne Gforskellige eller dimensionsløse parametre —

relativ modstand:

Kr = — (Rdifference /Rst)

eller relativ ledningsevne:

Kg = — (Gdifference / Gst)

Lineære elementer har parametre Kr og Kilogram lig med en, og for ikke-lineære elementer adskiller de sig fra det, og jo mere de adskiller sig fra en, jo mere manifesteres ikke-lineariteten af ​​det elektriske kredsløb.

Beregning af ikke-lineære elektriske kredsløb

Ikke-lineære elektriske kredsløb beregnes grafisk og analytisk ud fra Kirchhoffs love og volt-ampere karakteristika for individuelle elementer i vekselstrømkredsløb til konvertering af vekselstrøm til jævnstrøm.

Ved grafisk beregning af et elektrisk kredsløb med to serieforbundne ulineære modstande R1 og R2 med strømspændingskarakteristika Iz (U1) og Iz (U2), skal du bygge strømspændingskarakteristikken for hele kredsløbet Iz (U), hvor U = U1 + U2, hvor abscissen af ​​punkterne findes ved at summere abscissen af ​​punkterne for strøm-spændingskarakteristika for ikke-lineære modstande med lige ordinater (fig. 3, a, b).

Ris. 3. Diagrammer og karakteristika for ikke-lineære elektriske kredsløb: a — serieforbindelse af ikke-lineære modstande, b — volt-ampere karakteristika for individuelle elementer og seriekredsløb, c — skema for parallelforbindelse af ikke-lineære modstande, d — volt-ampere karakteristika for individuelle elementer og et parallelt kredsløb.

Tilstedeværelsen af ​​denne kurve gør det muligt for spændingen U at finde strømmen Az såvel som spændingen U1 og U2 ved modstandenes terminaler.

På samme måde udføres beregningen af ​​det elektriske kredsløb med to modstande forbundet parallelt. R1 og R2 med strømspændingskarakteristika I1 (U) og Az2 (U), for hvilke strømspændingskarakteristikken for hele kredsløbet Az(U) blev bygget, hvor Az = I1+I2, hvorpå der ved brug af en given spænding U, find strømme Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).

Den analytiske metode til beregning af ikke-lineære elektriske kredsløb er baseret på præsentationen af ​​de ikke-lineære elementers spændingskarakteristika gennem ligningerne for de tilsvarende matematiske funktioner, som gør det muligt at udarbejde de nødvendige tilstandsligninger for de elektriske kredsløb .Da løsningen af ​​sådanne ikke-lineære ligninger ofte forårsager betydelige vanskeligheder, er den analytiske metode til beregning af ikke-lineære kredsløb praktisk, når driftssektionerne af strømspændingskarakteristika for ikke-lineære elementer kan rettes ud. Dette giver dig mulighed for at beskrive den elektriske tilstand af kredsløbet ved lineære ligninger, der ikke skaber vanskeligheder med at løse dem.

Grundlæggende om elektroteknik:

På potentialforskel, elektromotorisk kraft og spænding

Elektrisk strøm i væsker og gasser

Elektrisk modstand af ledninger

Magnetisme og elektromagnetisme

Om magnetfeltet, solenoider og elektromagneter

Elektromagnetisk induktion

Selvinduktion og gensidig induktion

Elektrisk felt, elektrostatisk induktion, kapacitans og kondensatorer

Hvad er vekselstrøm og hvordan adskiller den sig fra jævnstrøm