אלמנטים ליניאריים ולא ליניאריים של המעגל החשמלי

אלמנטים ליניאריים

אותם אלמנטים של המעגל החשמלי, שעבורם התלות של הזרם במתח I (U) או המתח בזרם U (I), כמו גם ההתנגדות R, הם קבועים, נקראים אלמנטים ליניאריים של המעגל החשמלי . בהתאם לכך, מעגל המורכב מאלמנטים כאלה נקרא מעגל חשמלי ליניארי.

אלמנטים ליניאריים מאופיינים במאפיין זרם-מתח סימטרי ליניארי (CVC), הדומה לקו ישר העובר דרך המוצא בזווית מסוימת לצירי הקואורדינטות. זה מראה שעבור אלמנטים ליניאריים ועבור מעגלים חשמליים ליניאריים חוק אוהם נשמר בקפדנות.

בנוסף, אנו יכולים לדבר לא רק על אלמנטים בעלי התנגדות אקטיבית גרידא R, אלא גם על השראות ליניאריות L ועל קיבולים C, כאשר התלות של השטף המגנטי בזרם - Ф (I) והתלות של מטען הקבל על מתח בין הלוחות שלו - q (U).

דוגמה מצוינת לאלמנט ליניארי היא נגד תיל מפותל... הזרם דרך נגד כזה בטווח מתח פעולה מסוים תלוי באופן ליניארי בערך ההתנגדות ובמתח המופעל על הנגד.

מאפיין מוליך (מאפיין מתח זרם) - הקשר בין המתח המופעל על החוט לבין הזרם שבו (מבוטא בדרך כלל כגרף).

עבור מוליך מתכת, למשל, הזרם בו הוא פרופורציונלי למתח המופעל, ולכן המאפיין הוא קו ישר. ככל שהקו תלול יותר, כך ההתנגדות של החוט נמוכה יותר. עם זאת, מוליכים מסוימים שבהם הזרם אינו פרופורציונלי למתח המופעל (לדוגמה, מנורות פריקת גז) הם בעלי מאפיין מתח זרם-מתח מורכב יותר, לא ליניארי.

אלמנטים לא ליניאריים

אם עבור אלמנט של מעגל חשמלי התלות של הזרם במתח או המתח בזרם, כמו גם ההתנגדות R, אינם קבועים, כלומר משתנים בהתאם לזרם או למתח המופעל, אז אלמנטים כאלה נקראים לא ליניאריים, ובהתאם, מסתבר שמעגל חשמלי, המכיל לפחות אלמנט לא ליניארי אחד, מעגל חשמלי לא ליניארי.

מאפיין הזרם-מתח של אלמנט לא ליניארי אינו עוד קו ישר בגרף, הוא לא ליניארי ולעיתים לא סימטרי, כגון דיודה מוליכים למחצה. חוק אוהם אינו מתקיים עבור אלמנטים לא ליניאריים של מעגל חשמלי.

בהקשר זה, אנו יכולים לדבר לא רק על מנורת ליבון או התקן מוליכים למחצה, אלא גם על השראות וקבלים לא ליניאריים, שבהם השטף המגנטי Φ והמטען q קשורים באופן לא ליניארי לזרם הסליל או למתח שבין הלוחות של הקבל. לכן, עבורם מאפייני וובר אמפר ומאפייני קולומב וולט יהיו לא ליניאריים, הם נקבעים על ידי טבלאות, גרפים או פונקציות אנליטיות.

דוגמה לאלמנט לא ליניארי היא מנורת ליבון. ככל שהזרם דרך חוט המנורה עולה, הטמפרטורה שלה עולה וההתנגדות עולה, מה שאומר שהיא לא קבועה ולכן אלמנט זה של המעגל החשמלי אינו ליניארי.

התנגדות סטטית

עבור אלמנטים לא ליניאריים, התנגדות סטטית מסוימת אופיינית בכל נקודה של מאפיין ה-I - V שלהם, כלומר, לכל יחס מתח לזרם בכל נקודה של הגרף נקבע ערך התנגדות מסוים. ניתן לחשב אותו כ המשיק של זווית אלפא של שיפוע הגרף לציר ה-I האופקי כאילו נקודה זו נמצאת על גרף קו.

התנגדות דיפרנציאלית

לאלמנטים לא ליניאריים יש גם מה שנקרא התנגדות דיפרנציאלית, המתבטאת כיחס בין עלייה קטנה לאין שיעור במתח לשינוי המתאים בזרם. ניתן לחשב התנגדות זו כמשיק של הזווית בין המשיק למאפיין I - V בנקודה נתונה לבין הציר האופקי.

גישה זו הופכת את הניתוח והחישוב של מעגלים לא ליניאריים פשוטים לפשוטים ככל האפשר.

האיור שלמעלה מציג את ה-I - V המאפיין טיפוסי דיודה... הוא ממוקם ברביע הראשון והשלישי של מישור הקואורדינטות, זה אומר לנו שעם מתח חיובי או שלילי המופעל על צומת pn של הדיודה (בכיוון זה או אחר), תהיה הטיה קדימה או אחורה מצומת pn של הדיודה. כאשר המתח על פני הדיודה גדל בשני הכיוונים, הזרם בהתחלה גדל מעט, ולאחר מכן גדל בחדות. מסיבה זו, הדיודה שייכת לרשת דו-קוטבית לא מבוקרת.

איור זה מציג משפחה עם מאפיינים טיפוסיים של I - V. פוטודיודה בתנאי תאורה שונים. אופן הפעולה העיקרי של הפוטודיודה הוא מצב הטיה הפוכה, כאשר בשטף אור קבוע Ф הזרם כמעט אינו משתנה בטווח רחב למדי של מתחי הפעלה. בתנאים אלה, אפנון של שטף האור המאיר את הפוטודיודה תגרום לאפנון סימולטני של הזרם דרך הפוטודיודה. לפיכך, הפוטודיודה היא מכשיר דו-קוטבי לא ליניארי מבוקר.

זה VAC תיריסטור, כאן אתה יכול לראות את התלות הברורה שלו בגודל זרם אלקטרודת הבקרה. ברביע הראשון - קטע העבודה של התיריסטור. ברביע השלישי, תחילת המאפיין I - V היא זרם קטן ומתח מופעל גדול (במצב סגור, ההתנגדות של התיריסטור גבוהה מאוד). ברביע הראשון, הזרם גבוה, ירידת המתח קטנה - התיריסטור פתוח כרגע.

רגע המעבר ממצב סגור לפתוח מתרחש כאשר זרם מסוים מופעל על אלקטרודת הבקרה. המעבר ממצב פתוח למצב סגור מתרחש כאשר הזרם דרך התיריסטור פוחת.לפיכך, התיריסטור הוא תלת קוטב לא ליניארי מבוקר (כמו טרנזיסטור שבו זרם האספן תלוי בזרם הבסיס).