Nelineární elektrické obvody
Účel nelineárních prvků v elektrických obvodech
PROTI elektrické obvody může obsahovat pasivní prvky, elektrický odpor který v podstatě závisí na proudu nebo namáhání, s tím výsledkem, že proud není přímo úměrný napětí. Takové prvky a elektrické obvody, do kterých vstupují, se nazývají nelineární prvky.
Nelineární prvky dávají elektrickým obvodům vlastnosti nedosažitelné v lineárních obvodech (stabilizace napětí nebo proudu, stejnosměrné zesílení atd.). Jsou neovladatelné a řízené... První — bipolární — je navržen tak, aby na ně nepůsobil žádný regulační faktor (polovodičové termistory a diody), a druhý — multipolární — se používá, když na ně působí regulační faktor (tranzistory a tyristory).
Proudově-napěťové charakteristiky nelineárních prvků
Elektrické vlastnosti nelineárních prvků jsou proudově-napěťové charakteristiky I (U) experimentálně získané grafy znázorňující závislost proudu na napětí, pro které je někdy vytvořen přibližný, pro výpočet vhodný empirický vzorec.
Neřízené nelineární prvky mají jednu charakteristiku proud-napětí a řízené nelineární prvky mají skupinu takových charakteristik, jejichž parametr je řídícím faktorem.
Lineární prvky mají konstantní elektrický odpor, takže jejich proudově-napěťová charakteristika je přímka procházející počátkem (obr. 1, a).
Proudově-napěťové charakteristiky nelineárních mají různý tvar a dělí se na symetrické a asymetrické vzhledem k souřadnicovým osám (obr. 1, b, c).
Rýže. 1. Proudově-napěťové charakteristiky pasivních prvků: a — lineární, b — nelineární symetrické, c — nelineární asymetrické
Rýže. 2. Grafy pro stanovení statického až diferenciálního odporu nelineárních prvků v úsecích charakteristik proud-napětí: a — stoupající, b — klesající
U nelineárních prvků se symetrickou charakteristikou proud-napětí nebo u symetrických prvků nezpůsobí změna směru napětí změnu hodnoty proudu (obr. 1, b) a u nelineárních prvků s asymetrickým napětím -proudová charakteristika, nebo u asymetrických prvků, při jedné a téže absolutní hodnotě napětí směrované v opačných směrech jsou proudy různé (obr. 1, c). Proto se ve stejnosměrných a střídavých obvodech používají nelineární symetrické prvky a ve střídavých obvodech zpravidla nelineární nesymetrické prvky pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný proud.
Charakteristika nelineárních prvků
Pro každý nelineární prvek se rozlišuje statický odpor odpovídající danému bodu proudově napěťové charakteristiky, například bod A:
Rst = U/I = muOB/miBA = mr tga
a diferenciální odpor, který je pro. stejný bod A je určen vzorcem:
Rdiff = dU / dl = muDC / miCA = mr tgβ,
kde mi, mi, pane — respektive stupnice napětí, proudů a odporů.
Statický odpor charakterizuje vlastnosti nelineárního prvku v režimu konstantního proudu a diferenciální odpor — pro malé odchylky proudu od hodnoty ustáleného stavu. Obojí se mění při přechodu z jednoho bodu a proudově-napěťová charakteristika do druhého, přičemž první je vždy kladná a druhá proměnná: ve stoupající části charakteristiky je proudové napětí kladné a v sestupné záporné.
Nelineární prvky jsou také charakterizovány reciprokými hodnotami: statická vodivost Gst a diferenciální vodivost Grůzné nebo bezrozměrné parametry —
relativní odpor:
Kr = — (Rrozdíl /Rst)
nebo relativní vodivost:
Kg = — (rozdíl G / Gst)
Lineární prvky mají parametry Kr a Kilogram rovné jedné a u nelineárních prvků se od ní liší a čím více se od jedné liší, tím více se projevuje nelinearita elektrického obvodu.
Výpočet nelineárních elektrických obvodů
Nelineární elektrické obvody jsou kalkulovány graficky a analyticky na základě Kirchhoffovy zákony a voltampérové charakteristiky jednotlivých prvků střídavých obvodů pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný proud.
Při grafickém výpočtu elektrického obvodu se dvěma sériově zapojenými nelineárními odpory R1 a R2 s proudově-napěťovou charakteristikou Iz (U1) a Iz (U2) sestrojte proudově napěťovou charakteristiku celého obvodu Iz (U), kde U = U1 + U2, jehož úsečky bodů se najdou sečtením úseček bodů proudově-napěťových charakteristik nelineárních rezistorů se stejnými pořadnicemi (obr. 3, a, b).
Rýže. 3. Schémata a charakteristiky nelineárních elektrických obvodů: a — obvod sériového zapojení nelineárních odporů, b — voltampérové charakteristiky jednotlivých prvků a sériového obvodu, c — schéma paralelního zapojení nelineárních odporů, d — voltampérové charakteristiky jednotlivých prvků a paralelního obvodu.
Přítomnost této křivky umožňuje napětí U najít proud Az a také napětí U1 a U2 na svorkách rezistorů.
Stejným způsobem se provádí výpočet elektrického obvodu se dvěma paralelně zapojenými odpory. R1 a R2 s proudově-napěťovou charakteristikou I1 (U) a Az2 (U), pro kterou byla postavena proudově-napěťová charakteristika celého obvodu Az(U), kde Az = I1+I2, na které při použití daného napětí U, najděte proudy Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).
Analytická metoda pro výpočet nelineárních elektrických obvodů je založena na prezentaci napěťových charakteristik nelineárních prvků pomocí rovnic odpovídajících matematických funkcí, které umožňují sestavit potřebné stavové rovnice pro elektrické obvody. .Protože řešení takových nelineárních rovnic často způsobuje značné potíže, je analytická metoda pro výpočet nelineárních obvodů vhodná, když lze narovnat provozní úseky proudově-napěťových charakteristik nelineárních prvků. To vám umožňuje popsat elektrický stav obvodu pomocí lineárních rovnic, které nezpůsobují potíže při jejich řešení.
Základy elektrotechniky:
Na rozdíl potenciálů, elektromotorické síly a napětí
Elektrický proud v kapalinách a plynech
Magnetismus a elektromagnetismus
O magnetickém poli, solenoidech a elektromagnetech
Samoindukce a vzájemná indukce
Elektrické pole, elektrostatická indukce, kapacita a kondenzátory
Co je střídavý proud a jak se liší od stejnosměrného proudu
