Elements lineals i no lineals del circuit elèctric

Elements lineals

Aquells elements del circuit elèctric, per als quals la dependència del corrent de la tensió I (U) o la tensió del corrent U (I), així com la resistència R, són constants, s'anomenen elements lineals del circuit elèctric. . En conseqüència, un circuit format per aquests elements s'anomena circuit elèctric lineal.

Els elements lineals es caracteritzen per una característica de corrent-tensió (CVC) simètrica lineal, que s'assembla a una línia recta que passa per l'origen amb un angle determinat amb els eixos de coordenades. Això demostra que per als elements lineals i per als circuits elèctrics lineals Llei d'Ohm observada estrictament.

A més, podem parlar no només d'elements amb resistències R purament actives, sinó també de les inductàncies lineals L i les capacitats C, on la dependència del flux magnètic del corrent — Ф (I) i la dependència de la càrrega del condensador de la tensió entre les seves plaques — q (U).

Un bon exemple d'element lineal és resistència de fil enrotllat... El corrent a través d'aquesta resistència en un determinat rang de tensió de funcionament depèn linealment del valor de la resistència i de la tensió aplicada a la resistència.

Característica del conductor (característica de corrent-tensió) — la relació entre la tensió aplicada al cable i el corrent que hi ha (generalment expressada com a gràfic).

Per a un conductor metàl·lic, per exemple, el corrent en ell és proporcional a la tensió aplicada i, per tant, la característica és una línia recta. Com més inclinada sigui la línia, menor serà la resistència del cable. Tanmateix, alguns conductors en els quals el corrent no és proporcional a la tensió aplicada (per exemple, les làmpades de descàrrega de gas) tenen una característica de tensió de corrent no lineal més complexa.

Elements no lineals

Si per a un element d'un circuit elèctric la dependència del corrent de la tensió o la tensió del corrent, així com la resistència R, no són constants, és a dir, canvien en funció del corrent o de la tensió aplicada, aquests elements s'anomenen no lineals i, en conseqüència, un circuit elèctric que conté almenys un element no lineal resulta circuit elèctric no lineal.

La característica de corrent-tensió d'un element no lineal ja no és una línia recta al gràfic, sinó que és no lineal i sovint asimètrica, com ara un díode semiconductor. La llei d'Ohm no es compleix per als elements no lineals d'un circuit elèctric.

En aquest context, podem parlar no només d'una làmpada incandescent o d'un dispositiu semiconductor, sinó també d'inductàncies i condensadors no lineals, on el flux magnètic Φ i la càrrega q estan relacionats de manera no lineal amb el corrent de la bobina o amb la tensió entre les plaques del condensador. Per tant, per a ells les característiques de Weber-ampere i les característiques de Coulomb-volt seran no lineals, estan fixades per taules, gràfics o funcions analítiques.

Un exemple d'element no lineal és una làmpada incandescent. A mesura que augmenta el corrent a través del filament de la làmpada, augmenta la seva temperatura i augmenta la resistència, la qual cosa significa que no és constant i per tant aquest element del circuit elèctric és no lineal.

Resistència estàtica

Per als elements no lineals, una certa resistència estàtica és característica en cada punt de la seva característica I — V, és a dir, a cada relació tensió-intensitat en cada punt del gràfic se li assigna un determinat valor de resistència. Es pot calcular com la tangent de l'angle alfa del pendent de la gràfica a l'eix I horitzontal com si aquest punt estigués en un gràfic de línies.

Resistència diferencial

Els elements no lineals també tenen una anomenada resistència diferencial, que s'expressa com la relació entre un augment infinitesimalment petit de la tensió i el canvi corresponent de corrent. Aquesta resistència es pot calcular com la tangent de l'angle entre la tangent a la característica I — V en un punt donat i l'eix horitzontal.

Aquest enfocament fa que l'anàlisi i el càlcul de circuits no lineals simples siguin tan senzills com sigui possible.

La figura anterior mostra la característica I — V d'un típic díode... Es troba al primer i tercer quadrant del pla de coordenades, això ens indica que amb una tensió positiva o negativa aplicada a la unió pn del díode (en una direcció o en l'altra), hi haurà polarització directa o inversa. de la unió pn del díode. A mesura que la tensió a través del díode augmenta en qualsevol direcció, el corrent augmenta lleugerament inicialment i després augmenta bruscament. Per aquest motiu, el díode pertany a una xarxa bipolar no lineal no controlada.

Aquesta figura mostra una família amb característiques típiques I — V. fotodiode sota diferents condicions d'il·luminació. El principal mode de funcionament del fotodíode és el mode de polarització inversa, quan a un flux de llum constant Ф el corrent pràcticament no canvia en un rang bastant ampli de tensions de funcionament. En aquestes condicions, la modulació del flux de llum que il·lumina el fotodíode donarà lloc a una modulació simultània del corrent a través del fotodíode. Així, el fotodíode és un dispositiu bipolar no lineal controlat.

Això és VAC tiristor, aquí podeu veure la seva clara dependència de la magnitud del corrent de l'elèctrode de control. Al primer quadrant - la secció de treball del tiristor. Al tercer quadrant, el començament de la característica I — V és un corrent petit i una gran tensió aplicada (en estat tancat, la resistència del tiristor és molt alta). Al primer quadrant, el corrent és alt, la caiguda de tensió és petita: el tiristor està actualment obert.

El moment de transició de l'estat tancat a l'obert es produeix quan s'aplica un determinat corrent a l'elèctrode de control. La transició de l'estat obert a l'estat tancat es produeix quan disminueix el corrent a través del tiristor.Així, el tiristor és un control de tres pols no lineal (com un transistor on el corrent del col·lector depèn del corrent de base).