Elektrik devresinin doğrusal ve doğrusal olmayan elemanları

doğrusal elemanlar

Akımın I (U) voltajına veya akımın U (I) voltajına bağımlılığının yanı sıra R direncinin sabit olduğu elektrik devresinin elemanlarına elektrik devresinin doğrusal elemanları denir. . Buna göre, bu tür elemanlardan oluşan bir devreye doğrusal elektrik devresi denir.

Doğrusal elemanlar, orijinden koordinat eksenlerine belirli bir açıda geçen düz bir çizgiye benzeyen doğrusal simetrik bir akım-gerilim karakteristiği (CVC) ile karakterize edilir. Bu, doğrusal elemanlar ve doğrusal elektrik devreleri için olduğunu gösterir. Ohm Yasası kesinlikle gözlemlenir.

Ek olarak, sadece tamamen aktif dirençleri R olan elemanlar hakkında değil, aynı zamanda manyetik akının akıma bağımlılığı - Ф (I) ve kapasitör yükünün bağımlı olduğu doğrusal endüktanslar L ve kapasitanslar C hakkında da konuşabiliriz. plakaları arasındaki voltaj — q (U).

Doğrusal bir elemanın en iyi örneği sarmal tel direnci... Belirli bir çalışma voltajı aralığında böyle bir dirençten geçen akım, direncin değerine ve dirence uygulanan voltaja doğrusal olarak bağlıdır.

İletken karakteristiği (akım-gerilim karakteristiği) — tele uygulanan voltaj ile içindeki akım arasındaki ilişki (genellikle bir grafik olarak ifade edilir).

Örneğin bir metal iletken için, içindeki akım uygulanan voltajla orantılıdır ve bu nedenle karakteristik düz bir çizgidir. Çizgi ne kadar dik olursa, telin direnci o kadar düşük olur. Bununla birlikte, akımın uygulanan voltajla orantılı olmadığı bazı iletkenler (örneğin, gaz deşarj lambaları) daha karmaşık, doğrusal olmayan bir akım-gerilim karakteristiğine sahiptir.

Doğrusal olmayan öğeler

Bir elektrik devresinin bir elemanı için akımın gerilime veya gerilimin akıma bağımlılığı ve ayrıca R direnci sabit değilse, yani. akıma veya uygulanan gerilime bağlı olarak değişirler, o zaman bu tür elemanlar doğrusal olmayan denir ve buna göre en az bir doğrusal olmayan eleman içeren bir elektrik devresi ortaya çıkar doğrusal olmayan elektrik devresi.

Doğrusal olmayan bir elemanın akım-gerilim karakteristiği artık grafikte düz bir çizgi değildir, doğrusal değildir ve genellikle yarı iletken diyot gibi asimetriktir. Ohm yasası, bir elektrik devresinin doğrusal olmayan elemanları için karşılanmaz.

Bu bağlamda, sadece bir akkor lamba veya yarı iletken bir cihazdan değil, aynı zamanda doğrusal olmayan endüktanslardan ve kapasitörlerden de bahsedebiliriz, burada manyetik akı Φ ve yük q, bobin akımıyla veya aralarındaki voltajla doğrusal olmayan bir şekilde ilişkilidir. kapasitörün plakaları. Bu nedenle, onlar için Weber-amper özellikleri ve Coulomb-volt özellikleri doğrusal olmayacaktır, tablolar, grafikler veya analitik fonksiyonlarla belirlenirler.

Doğrusal olmayan bir elemanın bir örneği, bir akkor lambadır. Lambanın filamanından geçen akım arttıkça sıcaklığı artar ve direnci artar, bu da sabit olmadığı ve dolayısıyla elektrik devresinin bu elemanının doğrusal olmadığı anlamına gelir.

statik direnç

Doğrusal olmayan elemanlar için, I - V karakteristiğinin her noktasında belirli bir statik direnç karakteristiktir, yani grafiğin her noktasındaki her voltaj-akım oranına belirli bir direnç değeri atanır. grafiğin eğiminin alfa açısının yatay I eksenine teğeti, sanki bu nokta bir çizgi grafik üzerindeymiş gibi.

diferansiyel direnç

Doğrusal olmayan elemanlar ayrıca, voltajdaki sonsuz küçük bir artışın akımdaki karşılık gelen değişikliğe oranı olarak ifade edilen bir diferansiyel dirence sahiptir. Bu direnç, belirli bir noktada I - V karakteristiğine teğet ile yatay eksen arasındaki açının tanjantı olarak hesaplanabilir.

Bu yaklaşım, basit doğrusal olmayan devrelerin analizini ve hesaplanmasını mümkün olduğunca basit hale getirir.

Yukarıdaki şekil, tipik bir cihazın I — V özelliğini göstermektedir. diyot… Koordinat düzleminin birinci ve üçüncü kadranlarında bulunur, bu bize diyotun pn-bağlantı noktasına (bir yönde veya diğer yönde) uygulanan pozitif veya negatif voltaj ile ileri veya geri olacağını söyler. diyotun pn-bağlantısından. Diyot üzerindeki voltaj her iki yönde de arttıkça, akım başlangıçta hafifçe artar ve ardından keskin bir şekilde artar. Bu nedenle diyot, kontrolsüz, doğrusal olmayan iki kutuplu bir ağa aittir.

Bu şekil, tipik I - V özelliklerine sahip bir aileyi göstermektedir. fotodiyot farklı aydınlatma koşulları altında. Fotodiyotun ana çalışma modu, sabit bir ışık akısında Ф akımın oldukça geniş bir çalışma voltajı aralığında pratik olarak değişmediği ters önyargı modudur. Bu koşullar altında, fotodiyodu aydınlatan ışık akısının modülasyonu, fotodiyot boyunca akımın eşzamanlı bir modülasyonu ile sonuçlanacaktır. Bu nedenle, fotodiyot kontrollü doğrusal olmayan iki kutuplu bir cihazdır.

bu VAC tristör, burada kontrol elektrodu akımının büyüklüğüne olan açık bağımlılığını görebilirsiniz. Birinci kadranda - tristörün çalışma bölümü. Üçüncü kadranda, I - V karakteristiğinin başlangıcı, küçük bir akım ve uygulanan büyük bir voltajdır (kapalı durumda, tristörün direnci çok yüksektir). İlk çeyrekte akım yüksek, voltaj düşüşü az - tristör şu anda açık.

Kapalı durumdan açık duruma geçiş anı, kontrol elektroduna belirli bir akım uygulandığında meydana gelir. Açık durumdan kapalı duruma geçiş, tristörden geçen akım azaldığında gerçekleşir.Bu nedenle tristör, kontrollü doğrusal olmayan üç kutupludur (toplayıcı akımının temel akıma bağlı olduğu bir transistör gibi).