- Нелінійні елементи і їх вольт-амперні характеристики.
- Електричні ланцюги і характеристики нелінійних елементів.
- Виконання розрахунку нелінійних електричних ланцюгів.
В електричні ланцюги входять такі пасивні елементи, у яких електричний опір істотно залежить від напруги або струму, в результаті чого струм по відношенню до напруги в прямо пропорційній залежності не перебуває. Такі електричні ланцюги і елементи, що входять до них називаються нелінійними елементами.
Властивості, які в лінійних ланцюгах недосяжні (посилення постійного струму , Стабілізація струму або напруги) надають нелінійні елементи електричних ланцюгів. Нелінійні елементи діляться на два види: керовані і некеровані. Керовані - це багатополюсника застосовуються при впливі на них керуючих факторів (тиристори і транзистори), а некеровані - призначені для функціонування, без опиняється на них впливу керуючих факторів (діоди і напівпровідникові терморезистори) двухполюсники.
Нелінійні елементи і їх вольт-амперні характеристики.
Графіки, які одержані експериментально, представляють вольт-амперні характеристики I (U) електричних властивостей нелінійних елементів, в графіках відображається залежність струму від напруги, для яких іноді складається наближена емпірична формула, яка є зручною для проведення розрахунків.
У некерованих нелінійних елементів є тільки одна вольт-амперна характеристика, а керовані містять в собі ціле сімейство таких характеристик і основними параметрами яких є керуючі фактори.
Електричний опір у лінійних елементів є постійним, тому їх вольт-амперна характеристика - проходить через початок координат - пряма лінія (рис.1, а).
Щодо осей координат на симетричні і несиметричні поділяються вольт-амперні характеристики нелінійних елементів, що мають різну форму (рис.1, б, в).
Чи не призводить до зміни значення струму зміна напрямку напруги у нелінійних елементів, що мають симетричну вольт-амперну характеристику (симетричних елементів), а різні струми будуть при однаковому абсолютному значенні напруги, спрямованого в протилежні сторони, у нелінійних елементів з несиметричною вольт-амперної характеристикою (несиметричних елементів). В електричних ланцюгах змінного і постійного струму тому застосовуються нелінійні симетричні елементи, а для перетворення змінного струму в струм постійного напрямку в ланцюгах змінного струму використовуються нелінійні несиметричні елементи.
Електричні ланцюги і характеристики нелінійних елементів.
статичний опір розрізняються для кожного з нелінійних елементів, воно відповідає даній точці вольт-амперної характеристики, наприклад, точці А: Rст = U / I = muOB / miBA = mr tgα
далі визначаємо диференціальне опір для тієї ж точки А по формулі: Rдіф = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ, де mu, mi, mr - це масштаб напруг опорів і струмів.
У режимі постійного тока характеризує властивості нелінійного елемента статичний опір, а при невеликих відхиленнях струму від сталого значення - диференціальне. При переході від однієї вольт-амперної характеристики та точки до іншої вони обидва змінюються, причому перше завжди має позитивне значення, а друге змінюється: воно позитивне на висхідному ділянці вольт-амперної характеристики та негативне на падаючому ділянці.
Характеризуються також нелінійні елементи зворотними величинами: статичної провідністю (Gст) і диференціальної провідністю (Gдіф) або безрозмірними параметрами, такими як
відносне опір: Kr = - (Rдіф / Rст)
або відносної провідністю: Kg = - (Gдіф / Gст)
У лінійних елементів параметри Kr і Kg дорівнюють одиниці, у нелінійних же елементів вони від неї відрізняються, причому тим більше проявляється нелінійність електричного кола, чим більша їхня відмінність від одиниці.
Виконання розрахунку нелінійних електричних ланцюгів.
Аналітичними і графічними методами розраховується нелейние електричні ланцюги, в основу методу її розрахунку покладено вольт-амперні характеристики окремих елементів в електричних ланцюгах змінного струму, що перетворюють змінний струм у ток постійного напрямку, а також закони Кірхгофа.
При виконанні графічного розрахунку електричного кола з двома послідовно з'єднаними нелінійними резисторами R1 і R2 з вольт-амперних
характеристиками I (U1) і I (U2) будується вольт-амперна характеристика всього ланцюга I (U), де U = U1 + U2, абсциси точок якої обчислюються підсумовуванням абсцис точок вольт-амперних характеристик нелінійних резисторів з рівними координатами (рис.3, а, б).
Виконати визначення струму I по напрузі U, а також на затискачах резисторів напруги U1 і U2 дозволяє наявність такої кривої.
Розрахунок електричного кола, що має два паралельно з'єднаних резистора R1 і R2 з вольт-амперних характеристиками I1 (U) і I2 (U) виконується аналогічно, для чого проводиться побудова вольт-амперної характеристики всього ланцюга I (U), де I = I1 + I2 , за якою визначаються струми I, I1, I2 користуючись заданим напругою U.
В основі аналітичного методу розрахунку нелінійних електричних ланцюгів покладено уявлення рівняннями відповідних математичних функцій вольтамперних характеристик нелінійних елементів і за допомогою даних математичних функцій можна скласти необхідні рівняння стану електричних ланцюгів. Часто рішення таких нелінійних рівнянь є серйозні труднощі, тому аналітичний метод розрахунку нелінійних ланцюгів лише тоді зручний, коли можуть бути випрямлені робочі ділянки вольт-амперних характеристик. При виконанні випрямлення описати електричне стан ланцюга можна лінійними рівняннями, при вирішенні яких не виникне особливих складнощів.
