Nelineárne elektrické obvody
Účel nelineárnych prvkov v elektrických obvodoch
V elektrické obvody môže obsahovať pasívne prvky, elektrický odpor ktorý v podstate závisí od prúdu alebo napätia, s tým výsledkom, že prúd nie je priamo úmerný napätiu. Takéto prvky a elektrické obvody, do ktorých vstupujú, sa nazývajú nelineárne prvky.
Nelineárne prvky dávajú elektrickým obvodom vlastnosti nedosiahnuteľné v lineárnych obvodoch (stabilizácia napätia alebo prúdu, jednosmerné zosilnenie atď.). Sú nekontrolovateľné a riadené... Prvý — bipolárny — je určený na prácu bez vplyvu riadiaceho faktora na ne (polovodičové termistory a diódy) a druhý — multipolárny — sa používa, keď na ne pôsobí riadiaci faktor (tranzistory a tyristory).
Prúdovo-napäťové charakteristiky nelineárnych prvkov
Elektrické vlastnosti nelineárnych prvkov sú prúdovo-napäťové charakteristiky I (U) experimentálne získané grafy zobrazujúce závislosť prúdu od napätia, pre ktoré sa niekedy robí približný, na výpočet vhodný empirický vzorec.
Neriadené nelineárne prvky majú jednu charakteristiku prúdového napätia a riadené nelineárne prvky majú skupinu takých charakteristík, ktorých parameter je riadiacim faktorom.
Lineárne prvky majú konštantný elektrický odpor, takže ich prúdovo-napäťová charakteristika je priamka prechádzajúca pôvodom (obr. 1, a).
Prúdovo-napäťové charakteristiky nelineárnych majú odlišný tvar a sú rozdelené na symetrické a asymetrické vzhľadom na súradnicové osi (obr. 1, b, c).
Ryža. 1. Prúdovo-napäťové charakteristiky pasívnych prvkov: a — lineárne, b — nelineárne symetrické, c — nelineárne asymetrické
Ryža. 2. Grafy na určenie statického až diferenciálneho odporu nelineárnych prvkov v úsekoch charakteristík prúdového napätia: a — stúpajúce, b — klesajúce
Pre nelineárne prvky so symetrickou charakteristikou prúd-napätie alebo pre symetrické prvky nespôsobí zmena smeru napätia zmenu hodnoty prúdu (obr. 1, b) a pre nelineárne prvky s asymetrickým napätím -prúdová charakteristika, alebo pre asymetrické prvky, s jednou a tou istou absolútnou hodnotou napätia smerujúcou v opačných smeroch, sú prúdy rôzne (obr. 1, c). Preto sa nelineárne symetrické prvky používajú v obvodoch jednosmerného a striedavého prúdu a nelineárne nevyvážené prvky spravidla v obvodoch striedavého prúdu na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd.
Charakteristika nelineárnych prvkov
Pre každý nelineárny prvok sa rozlišuje statický odpor zodpovedajúci danému bodu prúdovo-napäťovej charakteristiky, napríklad bod A:
Rst = U/I = muOB/miBA = mr tga
a diferenciálny odpor, ktorý je pre. ten istý bod A je určený vzorcom:
Rdiff = dU / dl = muDC / miCA = mr tgβ,
kde mi, mi, sir — respektíve stupnica napätí, prúdov a odporov.
Statický odpor charakterizuje vlastnosti nelineárneho prvku v režime konštantného prúdu a diferenciálny odpor - pre malé odchýlky prúdu od hodnoty ustáleného stavu. Obidve sa menia pri prechode z jedného bodu a charakteristika prúdového napätia do druhého, pričom prvá je vždy kladná a druhá premenná: v stúpajúcej časti charakteristiky je prúdové napätie kladné a v klesajúcej časti záporné.
Nelineárne prvky sa vyznačujú aj recipročnými hodnotami: statická vodivosť Gst a diferenciálna vodivosť Grôzne alebo bezrozmerné parametre —
relatívny odpor:
Kr = — (rozdiel R /Rst)
alebo relatívna vodivosť:
Kg = — (rozdiel G / Gst)
Lineárne prvky majú parametre Kr a Kilogram rovné jednej a pre nelineárne prvky sa od nej líšia a čím viac sa od jednej líšia, tým viac sa prejavuje nelinearita elektrického obvodu.
Výpočet nelineárnych elektrických obvodov
Nelineárne elektrické obvody sú vypočítané graficky a analyticky na základe Kirchhoffove zákony a voltampérové charakteristiky jednotlivých prvkov obvodov striedavého prúdu na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd.
Pri grafickom výpočte elektrického obvodu s dvoma sériovo zapojenými nelineárnymi odpormi R1 a R2 s prúdovo-napäťovou charakteristikou Iz (U1) a Iz (U2) zostavte prúdovo-napäťovú charakteristiku celého obvodu Iz (U), kde U = U1 + U2, ktorých úsečky bodov nájdeme sčítaním úsečiek bodov prúdovo-napäťových charakteristík nelineárnych rezistorov s rovnakými ordinátami (obr. 3, a, b).
Ryža. 3. Schémy a charakteristiky nelineárnych elektrických obvodov: a — obvod sériového zapojenia nelineárnych odporov, b — voltampérové charakteristiky jednotlivých prvkov a sériového obvodu, c — schéma paralelného zapojenia nelineárnych odporov, d — voltampérové charakteristiky jednotlivých prvkov a paralelný obvod.
Prítomnosť tejto krivky umožňuje napätiu U nájsť prúd Az, ako aj napätie U1 a U2 na svorkách rezistorov.
Rovnakým spôsobom sa vykoná výpočet elektrického obvodu s dvoma paralelne zapojenými odpormi. R1 a R2 s prúdovo-napäťovými charakteristikami I1 (U) a Az2 (U), pre ktoré bola zostrojená prúdovo-napäťová charakteristika celého obvodu Az(U), kde Az = I1+I2, na ktorom pri použití daného napätia U, nájdite prúdy Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).
Analytická metóda na výpočet nelineárnych elektrických obvodov je založená na prezentácii napäťových charakteristík nelineárnych prvkov prostredníctvom rovníc zodpovedajúcich matematických funkcií, ktoré umožňujú zostaviť potrebné stavové rovnice pre elektrické obvody. .Pretože riešenie takýchto nelineárnych rovníc často spôsobuje značné ťažkosti, analytická metóda na výpočet nelineárnych obvodov je vhodná, keď je možné narovnať prevádzkové úseky charakteristík prúdového napätia nelineárnych prvkov. To vám umožňuje opísať elektrický stav obvodu pomocou lineárnych rovníc, ktoré nespôsobujú ťažkosti pri ich riešení.
Základy elektrotechniky:
Na rozdiel potenciálov, elektromotorickej sily a napätia
Elektrický prúd v kvapalinách a plynoch
Magnetizmus a elektromagnetizmus
O magnetickom poli, solenoidoch a elektromagnetoch
Samoindukcia a vzájomná indukcia
Elektrické pole, elektrostatická indukcia, kapacita a kondenzátory
Čo je to striedavý prúd a ako sa líši od jednosmerného prúdu
