Линеарни и нелинеарни елементи електричног кола

Линеарни елементи

Они елементи електричног кола, за које су зависност струје од напона И (У) или напона од струје У (И), као и отпор Р константни, називају се линеарни елементи електричног кола. . Сходно томе, коло које се састоји од таквих елемената назива се линеарно електрично коло.

Линеарне елементе карактерише линеарно симетрична струјно-напонска карактеристика (ЦВЦ), која подсећа на праву линију која пролази кроз почетак под одређеним углом у односу на координатне осе. Ово показује да за линеарне елементе и за линеарна електрична кола Охмов закон строго поштовати.

Поред тога, може се говорити не само о елементима са чисто активним отпорима Р, већ и о линеарним индуктивностима Л и капацитивностима Ц, при чему зависи зависност магнетног флукса од струје — Ф (И) и зависност наелектрисања кондензатора од напон између његових плоча — к (У).

Најбољи пример линеарног елемента је отпорник намотане жице… Струја кроз такав отпорник у одређеном опсегу радног напона линеарно зависи од вредности отпора и од напона примењеног на отпорник.

Карактеристика проводника (струјно-напонска карактеристика) — однос између напона примењеног на жицу и струје у њој (обично се изражава као графикон).

За метални проводник, на пример, струја у њему је пропорционална примењеном напону, и стога је карактеристика права линија. Што је линија стрмија, то је мањи отпор жице. Међутим, неки проводници у којима струја није пропорционална примењеном напону (на пример, сијалице на гасно пражњење) имају сложенију, нелинеарну струјно-напонску карактеристику.

Нелинеарни елементи

Ако за елемент електричног кола зависност струје од напона или напона од струје, као и отпор Р нису константни, односно мењају се у зависности од струје или од примењеног напона, онда такви елементи називају се нелинеарним и, сходно томе, испада електрично коло које садржи најмање један нелинеарни елемент нелинеарно електрично коло.

Струјна напонска карактеристика нелинеарног елемента више није права линија на графикону, она је нелинеарна и често асиметрична, као што је полупроводничка диода. Омов закон није испуњен за нелинеарне елементе електричног кола.

У овом контексту, не може се говорити само о сијалици са жарном нити или полупроводничком уређају, већ и о нелинеарним индуктивностима и кондензаторима, где су магнетни флукс Φ и наелектрисање к нелинеарно повезани са струјом завојнице или са напоном између плоче кондензатора. Због тога ће за њих Вебер-ампер карактеристике и Куломб-волт карактеристике бити нелинеарне, постављене су табелама, графиконима или аналитичким функцијама.

Пример нелинеарног елемента је лампа са жарном нити. Како се струја кроз нит лампе повећава, њена температура расте и отпор расте, што значи да није константан и самим тим овај елемент електричног кола је нелинеаран.

Статички отпор

За нелинеарне елементе карактеристичан је одређени статички отпор у свакој тачки њихове И—В карактеристике, односно сваком односу напона и струје у свакој тачки графикона је додељена одређена вредност отпора. Може се израчунати као тангента угла алфа нагиба графика на хоризонталну И-осу као да ова тачка лежи на линијском графикону.

Диференцијални отпор

Нелинеарни елементи имају и такозвани диференцијални отпор, који се изражава као однос бесконачно малог повећања напона и одговарајуће промене струје. Овај отпор се може израчунати као тангента угла између тангенте на И—В карактеристику у датој тачки и хоризонталне осе.

Овај приступ чини анализу и прорачун једноставних нелинеарних кола што једноставнијим.

Горња слика приказује И — В карактеристику типика диода… Налази се у првом и трећем квадранту координатне равни, што нам говори да ће са позитивним или негативним напоном примењеним на пн-спој диоде (у једном или другом смеру), доћи до предрасуде или обрнуто од пн-споја диоде. Како се напон на диоди повећава у било ком смеру, струја се у почетку благо повећава, а затим нагло повећава. Из тог разлога, диода припада неконтролисаној нелинеарној биполарној мрежи.

Ова слика приказује породицу са типичним И — В карактеристикама. фотодиода под различитим условима осветљења. Главни начин рада фотодиоде је режим обрнутог пристрасности, када се при константном светлосном току Ф струја практично не мења у прилично широком опсегу радних напона. Под овим условима, модулација светлосног флукса који осветљава фотодиоду резултираће истовременом модулацијом струје кроз фотодиоду. Дакле, фотодиода је контролисан нелинеарни биполарни уређај.

Ово је ВАЦ тиристор, овде можете видети његову јасну зависност од величине струје контролне електроде. У првом квадранту - радни део тиристора. У трећем квадранту, почетак И — В карактеристике је мала струја и велики примењени напон (у затвореном стању отпор тиристора је веома висок). У првом квадранту струја је велика, пад напона је мали — тиристор је тренутно отворен.

Тренутак преласка из затвореног у отворено стање настаје када се на контролну електроду доведе одређена струја. Прелазак из отвореног у затворено стање настаје када се струја кроз тиристор смањи.Дакле, тиристор је контролисан нелинеарни трополни (попут транзистора где струја колектора зависи од струје базе).