Lineární a nelineární prvky elektrického obvodu

Lineární prvky

Ty prvky elektrického obvodu, u kterých je závislost proudu na napětí I (U) nebo napětí na proudu U (I), jakož i odpor R konstantní, se nazývají lineární prvky elektrického obvodu. . Obvod sestávající z takových prvků se proto nazývá lineární elektrický obvod.

Lineární prvky se vyznačují lineárně symetrickou charakteristikou proudového napětí (CVC), která připomíná přímku procházející počátkem pod určitým úhlem k souřadnicovým osám. To ukazuje, že pro lineární prvky a pro lineární elektrické obvody Ohmův zákon přísně dodržováno.

Navíc lze hovořit nejen o prvcích s čistě aktivními odpory R, ​​ale také o lineárních indukčnostech L a kapacitách C, kde je závislost magnetického toku na proudu — Ф (I) a závislost náboje kondenzátoru na el. napětí mezi jeho deskami — q (U).

Ukázkovým příkladem lineárního prvku je vinutý drátový odpor… Proud takovým rezistorem v určitém rozsahu provozního napětí závisí lineárně na hodnotě odporu a na napětí přivedeném na rezistor.

Charakteristika vodiče (proudově napěťová charakteristika) — vztah mezi napětím aplikovaným na vodič a proudem v něm (obvykle vyjádřený jako graf).

Například pro kovový vodič je proud v něm úměrný použitému napětí, a proto je charakteristika přímka. Čím strmější je vedení, tím nižší je odpor drátu. Některé vodiče, ve kterých proud není úměrný použitému napětí (například plynové výbojky), však mají složitější, nelineární charakteristiku proud-napětí.

Nelineární prvky

Jestliže pro prvek elektrického obvodu není závislost proudu na napětí nebo napětí na proudu, jakož i odpor R konstantní, tj. mění se v závislosti na proudu nebo na přiloženém napětí, pak takové prvky se nazývají nelineární a v souladu s tím vzniká elektrický obvod obsahující alespoň jeden nelineární prvek nelineární elektrický obvod.

Proudově-napěťová charakteristika nelineárního prvku již není na grafu přímka, je nelineární a často asymetrická, jako je tomu u polovodičové diody. Ohmův zákon není splněn pro nelineární prvky elektrického obvodu.

V této souvislosti lze hovořit nejen o žárovce nebo polovodičovém zařízení, ale také o nelineárních indukčnostech a kondenzátorech, kde magnetický tok Φ a náboj q nelineárně souvisí s proudem cívky nebo s napětím mezi desky kondenzátoru. Proto pro ně budou Weber-ampérové ​​charakteristiky a Coulomb-voltové charakteristiky nelineární, nastavují se tabulkami, grafy nebo analytickými funkcemi.

Příkladem nelineárního prvku je žárovka. S rostoucím proudem vláknem žárovky se zvyšuje její teplota a zvyšuje se odpor, což znamená, že není konstantní a proto je tento prvek elektrického obvodu nelineární.

Statická odolnost

Pro nelineární prvky je v každém bodě jejich I — V charakteristiky charakteristický určitý statický odpor, to znamená, že každému poměru napětí a proudu v každém bodě grafu je přiřazena určitá hodnota odporu. tečna úhlu alfa sklonu grafu k vodorovné ose I, jako by tento bod ležel na spojnicovém grafu.

Diferenční odpor

Nelineární prvky mají také tzv. diferenciální odpor, který se vyjadřuje jako poměr nekonečně malého nárůstu napětí k odpovídající změně proudu. Tento odpor lze vypočítat jako tečnu úhlu mezi tečnou k I — V charakteristice v daném bodě a vodorovnou osou.

Tento přístup maximálně zjednodušuje analýzu a výpočet jednoduchých nelineárních obvodů.

Obrázek výše ukazuje I – V charakteristiku typického dioda… Nachází se v prvním a třetím kvadrantu souřadnicové roviny, což nám říká, že při kladném nebo záporném napětí aplikovaném na pn-přechod diody (v jednom nebo druhém směru) bude dopředné nebo zpětné předpětí z pn-přechodu diody. Jak se napětí na diodě zvyšuje v obou směrech, proud se zpočátku mírně zvyšuje a poté prudce stoupá. Z tohoto důvodu patří dioda do neřízené nelineární bipolární sítě.

Tento obrázek ukazuje rodinu s typickými I – V charakteristikami. fotodioda za různých světelných podmínek. Hlavním režimem činnosti fotodiody je režim zpětného zkreslení, kdy se při konstantním světelném toku Ф proud prakticky nemění v poměrně širokém rozsahu provozních napětí. Za těchto podmínek bude mít modulace světelného toku osvětlujícího fotodiodu za následek současnou modulaci proudu procházejícího fotodiodou. Fotodioda je tedy řízené nelineární bipolární zařízení.

Toto je VAC tyristor, zde je vidět jeho zřetelná závislost na velikosti proudu řídící elektrody. V prvním kvadrantu — pracovní část tyristoru. Ve třetím kvadrantu je začátkem I — V charakteristiky malý proud a velké přiložené napětí (v sepnutém stavu je odpor tyristoru velmi vysoký). V prvním kvadrantu je proud vysoký, úbytek napětí malý — tyristor je aktuálně otevřený.

Okamžik přechodu z uzavřeného do otevřeného stavu nastává při přivedení určitého proudu na řídící elektrodu. K přechodu z otevřeného stavu do zavřeného stavu dochází při poklesu proudu tyristorem.Tyristor je tedy řízený nelineární třípólový (jako tranzistor, kde kolektorový proud závisí na proudu báze).