Mga linear at non-linear na elemento ng electrical circuit

Mga linear na elemento

Ang mga elemento ng electric circuit, kung saan ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe I (U) o ang boltahe sa kasalukuyang U (I), pati na rin ang paglaban R, ay pare-pareho, ay tinatawag na mga linear na elemento ng electric circuit . Alinsunod dito, ang isang circuit na binubuo ng mga naturang elemento ay tinatawag na isang linear electrical circuit.

Ang mga linear na elemento ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang linearly symmetrical current-voltage na katangian (CVC), na kahawig ng isang tuwid na linya na dumadaan sa pinanggalingan sa isang tiyak na anggulo sa mga coordinate axes. Ipinapakita nito na para sa mga linear na elemento at para sa mga linear na electrical circuit Batas ng Ohm mahigpit na sinusunod.

Bilang karagdagan, maaari nating pag-usapan hindi lamang ang tungkol sa mga elemento na may purong aktibong resistensya R, kundi pati na rin ang tungkol sa mga linear inductance L at capacitances C, kung saan ang pag-asa ng magnetic flux sa kasalukuyang - Ф (I) at ang pag-asa ng singil ng kapasitor sa boltahe sa pagitan ng mga plato nito - q (U).

Ang isang pangunahing halimbawa ng isang linear na elemento ay nakapulupot na kawad na risistor… Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng tulad ng isang risistor sa isang tiyak na saklaw ng operating boltahe ay depende sa linearly sa halaga ng paglaban at sa boltahe na inilapat sa risistor.

Katangian ng konduktor (katangian ng kasalukuyang boltahe) — ang ugnayan sa pagitan ng boltahe na inilapat sa wire at ng kasalukuyang nasa loob nito (karaniwang ipinahayag bilang isang graph).

Para sa isang metal conductor, halimbawa, ang kasalukuyang nasa loob nito ay proporsyonal sa inilapat na boltahe, at samakatuwid ang katangian ay isang tuwid na linya. Ang mas matarik na linya, mas mababa ang paglaban ng kawad. Gayunpaman, ang ilang mga konduktor kung saan ang kasalukuyang ay hindi proporsyonal sa inilapat na boltahe (halimbawa, mga lamp na naglalabas ng gas) ay may mas kumplikado, hindi linear na kasalukuyang boltahe na katangian.

Mga di-linear na elemento

Kung para sa isang elemento ng isang electric circuit ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe o ang boltahe sa kasalukuyang, pati na rin ang paglaban R, ay hindi pare-pareho, i.e. nagbabago sila depende sa kasalukuyang o sa inilapat na boltahe, kung gayon ang mga naturang elemento ay tinatawag na non-linear at, nang naaayon, isang electric circuit , na naglalaman ng hindi bababa sa isang nonlinear na elemento, lumalabas non-linear electric circuit.

Ang kasalukuyang boltahe na katangian ng isang non-linear na elemento ay hindi na isang tuwid na linya sa graph, ito ay hindi linear at madalas na walang simetriko, tulad ng isang semiconductor diode. Ang batas ng Ohm ay hindi natutupad para sa mga di-linear na elemento ng isang de-koryenteng circuit.

Sa kontekstong ito, maaari nating pag-usapan hindi lamang ang tungkol sa isang incandescent lamp o isang semiconductor device, kundi pati na rin ang tungkol sa mga non-linear inductance at capacitor, kung saan ang magnetic flux Φ at charge q ay non-linearly na nauugnay sa coil current o sa boltahe sa pagitan. ang mga plato ng kapasitor. Samakatuwid, para sa kanila ang mga katangian ng Weber-ampere at ang mga katangian ng Coulomb-volt ay magiging non-linear, itinakda sila ng mga talahanayan, graph o analytical function.

Ang isang halimbawa ng isang non-linear na elemento ay isang maliwanag na lampara. Habang tumataas ang kasalukuyang sa pamamagitan ng filament ng lampara, tumataas ang temperatura nito at tumataas ang paglaban, na nangangahulugan na hindi ito pare-pareho at samakatuwid ang elementong ito ng electrical circuit ay hindi linear.

Static na pagtutol

Para sa mga di-linear na elemento, ang isang tiyak na static na pagtutol ay katangian sa bawat punto ng kanilang I — V na katangian, iyon ay, ang bawat boltahe-sa-kasalukuyang ratio sa bawat punto ng graph ay itinalaga ng isang tiyak na halaga ng pagtutol. Maaari itong kalkulahin bilang ang padaplis ng anggulong alpha ng slope ng graph sa pahalang na I-axis na parang ang puntong ito ay nasa isang line graph.

Differential resistance

Ang mga nonlinear na elemento ay mayroon ding tinatawag na differential resistance, na ipinahayag bilang ratio ng isang walang katapusang maliit na pagtaas sa boltahe sa kaukulang pagbabago sa kasalukuyang. Ang paglaban na ito ay maaaring kalkulahin bilang ang padaplis ng anggulo sa pagitan ng padaplis sa katangian ng I - V sa isang naibigay na punto at ang pahalang na axis.

Ginagawa ng diskarteng ito ang pagsusuri at pagkalkula ng mga simpleng nonlinear circuit na simple hangga't maaari.

Ang figure sa itaas ay nagpapakita ng I - V na katangian ng isang tipikal diode… Ito ay matatagpuan sa una at ikatlong quadrant ng coordinate plane, ito ay nagsasabi sa amin na may positibo o negatibong boltahe na inilapat sa pn-junction ng diode (sa isang direksyon o sa iba pa), magkakaroon ng forward o reverse bias. mula sa pn-junction ng diode. Habang ang boltahe sa kabuuan ng diode ay tumataas sa alinmang direksyon, ang kasalukuyang sa simula ay bahagyang tumataas, at pagkatapos ay tumataas nang husto. Para sa kadahilanang ito, ang diode ay kabilang sa isang hindi nakokontrol na nonlinear bipolar network.

Ipinapakita ng figure na ito ang isang pamilya na may mga tipikal na katangian ng I — V. photodiode sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng pag-iilaw. Ang pangunahing mode ng pagpapatakbo ng photodiode ay ang reverse bias mode, kapag sa isang pare-parehong light flux Ф ang kasalukuyang halos hindi nagbabago sa isang medyo malawak na hanay ng mga operating voltages. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang modulasyon ng light flux na nag-iilaw sa photodiode ay magreresulta sa sabay-sabay na modulasyon ng kasalukuyang sa pamamagitan ng photodiode. Kaya, ang photodiode ay isang kinokontrol na nonlinear bipolar device.

Ito ay VAC thyristor, dito makikita mo ang malinaw na pag-asa nito sa magnitude ng kasalukuyang control electrode. Sa unang kuwadrante - ang gumaganang seksyon ng thyristor. Sa ikatlong kuwadrante, ang simula ng katangian ng I - V ay isang maliit na kasalukuyang at isang malaking inilapat na boltahe (sa saradong estado, ang paglaban ng thyristor ay napakataas). Sa unang kuwadrante, ang kasalukuyang ay mataas, ang boltahe drop ay maliit - ang thyristor ay kasalukuyang bukas.

Ang sandali ng paglipat mula sa sarado hanggang sa bukas na estado ay nangyayari kapag ang isang tiyak na kasalukuyang ay inilapat sa control electrode. Ang paglipat mula sa bukas na estado hanggang sa saradong estado ay nangyayari kapag ang kasalukuyang sa pamamagitan ng thyristor ay bumababa.Kaya, ang thyristor ay isang kinokontrol na non-linear na tatlong-pol (tulad ng isang transistor kung saan ang kasalukuyang kolektor ay nakasalalay sa kasalukuyang base).