Нелинеарна електрична кола
Намена нелинеарних елемената у електричним колима
В електрична кола може укључивати пасивне елементе, електрична отпорност што суштински зависи од струје или напона, тако да струја није директно пропорционална напону. Такви елементи и електрична кола у која улазе називају се нелинеарни елементи.
Нелинеарни елементи дају електричним колима својства недостижна у линеарним колима (стабилизација напона или струје, једносмерно појачање, итд.). Оне су неконтролисане и контролисане... Први — биполарни — је пројектован да ради без утицаја контролног фактора на њих (полупроводнички термистори и диоде), а други — мултиполарни — се користи када на њих делује контролни фактор (транзистори и тиристори).
Струјно-напонске карактеристике нелинеарних елемената
Електрична својства нелинеарних елемената су струјно-напонске карактеристике И (У) експериментално добијени графици који показују зависност струје од напона, за које се понекад прави приближна, погодна за прорачун емпиријска формула.
Неконтролисани нелинеарни елементи имају једну струјно-напонску карактеристику, а контролисани нелинеарни елементи имају фамилију таквих карактеристика чији је параметар контролни фактор.
Линеарни елементи имају константан електрични отпор, па је њихова струјно-напонска карактеристика права линија која пролази кроз почетак (сл. 1, а).
Струјно-напонске карактеристике нелинеарних имају другачији облик и деле се на симетричне и асиметричне у односу на координатне осе (сл. 1, б, ц).
Пиринач. 1. Струјно-напонске карактеристике пасивних елемената: а — линеарни, б — нелинеарни симетрични, ц — нелинеарни асиметрични
Пиринач. 2. Графикони за одређивање статичког према диференцијалном отпору нелинеарних елемената у пресецима струјно-напонских карактеристика: а — растући, б — опадајући.
За нелинеарне елементе са симетричном струјно-напонском карактеристиком или за симетричне елементе промена смера напона не изазива промену вредности струје (сл. 1, б), а за нелинеарне елементе са асиметричним напоном. -струјна карактеристика, или за асиметричне елементе, са једном истом апсолутном вредношћу напона усмереног у супротним смеровима, струје су различите (сл. 1, в). Због тога се нелинеарни симетрични елементи користе у једносмерним и наизменичним колима, а нелинеарни неуравнотежени елементи, по правилу, у наизменичним колима за претварање наизменичне струје у једносмерну струју.
Карактеристике нелинеарних елемената
За сваки нелинеарни елемент издваја се статички отпор који одговара датој тачки струјно-напонске карактеристике, на пример тачка А:
Рст = У / И = муОБ / миБА = мр тгα
и диференцијални отпор који је за. иста тачка А одређена је формулом:
Рдифф = дУ / дИ = муДЦ / миЦА = мр тгβ,
где ми, ми, сир — односно скала напона, струја и отпора.
Статички отпор карактерише својства нелинеарног елемента у режиму константне струје, а диференцијални отпор — за мала одступања струје од вредности стационарног стања. И једно и друго се мења при преласку из једне тачке и струјно-напонска карактеристика у другу, при чему је прва увек позитивна, а друга променљива: у растућем делу карактеристике струјни напон је позитиван, а у опадајућем делу је негативан.
Нелинеарне елементе карактеришу и реципрочне вредности: статичка проводљивост Гст и диференцијална проводљивост Г различити или бездимензионални параметри —
релативни отпор:
Кр = — (Рдифференце /Рст)
или релативна проводљивост:
Кг = — (Гразлика / Гст)
Линеарни елементи имају параметре Кр и Килограм једнаке један, а за нелинеарне елементе се разликују од њега, и што се више разликују од један, то се више манифестује нелинеарност електричног кола.
Прорачун нелинеарних електричних кола
Нелинеарна електрична кола се израчунавају графички и аналитички на основу Кирхофови закони и волт-амперске карактеристике појединих елемената кола наизменичне струје за претварање наизменичне струје у једносмерну.
Приликом графичког прорачуна електричног кола са два серијски спојена нелинеарна отпорника Р1 и Р2 са струјно-напонским карактеристикама Из (У1) и Из (У2), изградити струјно-напонску карактеристику целог кола Из (У), где је У = У1. + У2, чије се апсцисе тачака налазе сабирањем апсциса тачака струјно-напонских карактеристика нелинеарних отпорника са једнаким ординатама (сл. 3, а, б).
Пиринач. 3. Шеме и карактеристике нелинеарних електричних кола: а — коло серијског повезивања нелинеарних отпорника, б — волт-амперске карактеристике појединих елемената и серијског кола, в — шема паралелног повезивања нелинеарних отпорника, г. — волт-ампер карактеристике појединих елемената и паралелно коло.
Присуство ове криве омогућава напону У да пронађе струју Аз као и напон У1 и У2 на прикључцима отпорника.
На исти начин се врши прорачун електричног кола са два паралелно повезана отпорника. Р1 и Р2 са струјно-напонским карактеристикама И1 (У) и Аз2 (У), за које је изграђена струјно-напонска карактеристика целог кола Аз(У), где је Аз = И1+И2, на којој је коришћењем датог напона У, наћи струје Аз , И1, И2 (ориз. 3, ц, д).
Аналитичка метода прорачуна нелинеарних електричних кола заснива се на приказивању напонских карактеристика нелинеарних елемената кроз једначине одговарајућих математичких функција, које омогућавају састављање потребних једначина стања електричних кола. .Пошто решавање оваквих нелинеарних једначина често изазива значајне потешкоће, аналитичка метода за прорачун нелинеарних кола је погодна када се радни пресеци струјно-напонских карактеристика нелинеарних елемената могу исправити. Ово вам омогућава да опишете електрично стање кола линеарним једначинама које не стварају потешкоће у њиховом решавању.
Основи електротехнике:
О разлици потенцијала, електромоторној сили и напону
Електрична струја у течностима и гасовима
Магнетизам и електромагнетизам
О магнетном пољу, соленоидима и електромагнетима
Самоиндукција и међусобна индукција
Електрично поље, електростатичка индукција, капацитивност и кондензатори
Шта је наизменична струја и како се разликује од једносмерне струје
