Elemen linear dan bukan linear litar elektrik

Unsur linear

Unsur-unsur litar elektrik tersebut, yang mana pergantungan arus pada voltan I (U) atau voltan pada arus U (I), serta rintangan R, adalah malar, dipanggil elemen linear litar elektrik. . Sehubungan itu, litar yang terdiri daripada unsur-unsur tersebut dipanggil litar elektrik linear.

Unsur linear dicirikan oleh ciri voltan arus simetri linear (CVC), yang menyerupai garis lurus yang melalui asalan pada sudut tertentu kepada paksi koordinat. Ini menunjukkan bahawa untuk elemen linear dan untuk litar elektrik linear Hukum Ohm dipatuhi dengan ketat.

Di samping itu, kita boleh bercakap bukan sahaja tentang unsur-unsur dengan rintangan aktif semata-mata R, tetapi juga tentang kearuhan linear L dan kapasitansi C, di mana pergantungan fluks magnet pada arus - Ф (I) dan pergantungan cas kapasitor pada voltan antara platnya - q (U).

Contoh utama unsur linear ialah perintang wayar bergelung… Arus melalui perintang sedemikian dalam julat voltan operasi tertentu bergantung secara linear pada nilai rintangan dan pada voltan yang digunakan pada perintang.

Ciri konduktor (ciri voltan semasa) — hubungan antara voltan yang dikenakan pada wayar dan arus di dalamnya (biasanya dinyatakan sebagai graf).

Untuk konduktor logam, sebagai contoh, arus di dalamnya adalah berkadar dengan voltan yang digunakan, dan oleh itu cirinya adalah garis lurus. Semakin curam garisan, semakin rendah rintangan wayar. Walau bagaimanapun, sesetengah konduktor yang arusnya tidak berkadar dengan voltan yang digunakan (contohnya, lampu nyahcas gas) mempunyai ciri voltan arus bukan linear yang lebih kompleks.

Unsur bukan linear

Jika bagi elemen litar elektrik, pergantungan arus pada voltan atau voltan pada arus, serta rintangan R, tidak tetap, iaitu ia berubah bergantung pada arus atau voltan yang digunakan, maka unsur-unsur tersebut dipanggil bukan linear dan, oleh itu, litar elektrik, yang mengandungi sekurang-kurangnya satu unsur tak linear, ternyata litar elektrik bukan linear.

Ciri voltan semasa bagi unsur bukan linear bukan lagi garis lurus pada graf, ia bukan linear dan selalunya tidak simetri, seperti diod semikonduktor. Hukum Ohm tidak dipenuhi untuk unsur bukan linear litar elektrik.

Dalam konteks ini, kita boleh bercakap bukan sahaja tentang lampu pijar atau peranti semikonduktor, tetapi juga tentang induktansi dan kapasitor bukan linear, di mana fluks magnet Φ dan cas q tidak berkaitan secara linear dengan arus gegelung atau voltan antara plat pemuat. Oleh itu, bagi mereka ciri Weber-ampere dan ciri Coulomb-volt akan menjadi tidak linear, ia ditetapkan oleh jadual, graf atau fungsi analisis.

Contoh unsur bukan linear ialah lampu pijar. Apabila arus melalui filamen lampu meningkat, suhunya meningkat dan rintangan meningkat, yang bermaksud bahawa ia tidak tetap dan oleh itu elemen litar elektrik ini tidak linear.

Rintangan statik

Bagi elemen bukan linear, rintangan statik tertentu adalah ciri pada setiap titik ciri I — V mereka, iaitu, setiap nisbah voltan kepada arus pada setiap titik graf diberikan nilai rintangan tertentu. Ia boleh dikira sebagai tangen bagi sudut alfa cerun graf ke paksi-I mengufuk seolah-olah titik ini terletak pada graf garis.

Rintangan pembezaan

Unsur tak linear juga mempunyai apa yang dipanggil rintangan pembezaan, yang dinyatakan sebagai nisbah peningkatan voltan yang sangat kecil kepada perubahan arus yang sepadan. Rintangan ini boleh dikira sebagai tangen sudut antara tangen kepada ciri I - V pada titik tertentu dan paksi mengufuk.

Pendekatan ini menjadikan analisis dan pengiraan litar tak linear ringkas semudah mungkin.

Rajah di atas menunjukkan ciri I - V bagi sesuatu yang tipikal diod… Ia terletak di kuadran pertama dan ketiga satah koordinat, ini memberitahu kita bahawa dengan voltan positif atau negatif dikenakan pada persimpangan pn diod (dalam satu arah atau yang lain), akan terdapat pincang ke hadapan atau belakang. daripada simpang pn diod. Apabila voltan merentasi diod meningkat dalam mana-mana arah, arus pada mulanya meningkat sedikit, dan kemudian meningkat dengan mendadak. Atas sebab ini, diod tergolong dalam rangkaian bipolar tak linear yang tidak terkawal.

Angka ini menunjukkan sebuah keluarga dengan ciri tipikal I — V. fotodiod di bawah keadaan pencahayaan yang berbeza. Mod utama operasi fotodiod ialah mod pincang songsang, apabila pada fluks cahaya malar Ф arus secara praktikal tidak berubah dalam julat voltan operasi yang agak luas. Di bawah keadaan ini, modulasi fluks cahaya yang menerangi fotodiod akan menghasilkan modulasi serentak arus melalui fotodiod. Oleh itu, fotodiod ialah peranti bipolar tak linear terkawal.

Ini adalah VAC thyristor, di sini anda boleh melihat pergantungan yang jelas pada magnitud arus elektrod kawalan. Dalam kuadran pertama - bahagian kerja thyristor. Dalam kuadran ketiga, permulaan ciri I — V ialah arus kecil dan voltan terpakai yang besar (dalam keadaan tertutup, rintangan thyristor adalah sangat tinggi). Dalam kuadran pertama, arus adalah tinggi, penurunan voltan adalah kecil - thyristor sedang dibuka.

Momen peralihan daripada keadaan tertutup ke keadaan terbuka berlaku apabila arus tertentu dikenakan pada elektrod kawalan. Peralihan daripada keadaan terbuka kepada keadaan tertutup berlaku apabila arus melalui thyristor berkurangan.Oleh itu, thyristor ialah tiga kutub bukan linear terkawal (seperti transistor di mana arus pengumpul bergantung kepada arus asas).