מעגלים חשמליים לא ליניאריים

מטרת אלמנטים לא ליניאריים במעגלים חשמליים

V מעגלים חשמליים עשוי לכלול אלמנטים פסיביים, התנגדות חשמלית שתלוי בעצם בזרם או במתח, וכתוצאה מכך הזרם אינו פרופורציונלי ישירות למתח. אלמנטים כאלה והמעגלים החשמליים שבהם הם נכנסים נקראים אלמנטים לא ליניאריים.

אלמנטים לא ליניאריים נותנים למעגלים חשמליים תכונות שאינן ניתנות להשגה במעגלים ליניאריים (ייצוב מתח או זרם, הגברה DC ​​וכו'). הם בלתי ניתנים לשליטה ומבוקר... הראשון - דו קוטבי - נועד לעבוד ללא השפעת גורם בקרה עליהם (תרמיסטורים מוליכים למחצה ודיודות), והשני - רב קוטבי - משמש כאשר גורם בקרה פועל עליהם (טרנזיסטורים ותיריסטורים).

מאפייני מתח זרם של אלמנטים לא ליניאריים

המאפיינים החשמליים של אלמנטים לא ליניאריים הם מאפייני מתח זרם I (U) שהתקבלו בניסוי המציגים את התלות של הזרם במתח, שעבורם נוצרת לפעמים נוסחה אמפירית משוערת ונוחה לחישוב.

לאלמנטים לא ליניאריים לא מבוקרים יש מאפיין זרם-מתח יחיד, ולאלמנטים לא ליניאריים מבוקרים יש משפחה של מאפיינים כאלה שהפרמטר שלהם הוא הגורם השולט.

לאלמנטים ליניאריים יש התנגדות חשמלית קבועה, ולכן מאפיין הזרם-מתח שלהם הוא קו ישר העובר דרך המקור (איור 1, א).

למאפייני המתח הזרם של הלא ליניארי יש צורה שונה והם מחולקים לסימטריים ולא-סימטריים ביחס לצירי הקואורדינטות (איור 1, ב, ג).

אורז. 1. מאפייני מתח זרם של אלמנטים פסיביים: a - ליניארי, b - סימטרי לא ליניארי, c - אסימטרי לא ליניארי

אורז. 2. גרפים לקביעת ההתנגדות הסטטית לדפרנציאלית של אלמנטים לא ליניאריים בקטעים של מאפייני הזרם-מתח: א - עולה, ב - יורד

עבור אלמנטים לא ליניאריים בעלי מאפיין זרם-מתח סימטרי או עבור אלמנטים סימטריים, שינוי בכיוון המתח אינו גורם לשינוי בערך הזרם (איור 1, ב), ולאלמנטים לא ליניאריים עם מתח א-סימטרי -מאפיין זרם, או עבור אלמנטים אסימטריים, עם אותו ערך מוחלט של המתח המכוון לכיוונים מנוגדים, הזרמים שונים (איור 1, ג). לכן, אלמנטים סימטריים לא ליניאריים משמשים במעגלי DC ו-AC, ואלמנטים לא ליניאריים לא מאוזנים, ככלל, במעגלי AC כדי להמיר AC לזרם DC.

מאפיינים של יסודות לא ליניאריים

עבור כל אלמנט לא ליניארי, מובחנת התנגדות סטטית התואמת לנקודה נתונה של מאפיין המתח הזרם, למשל נקודה A:

Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα

וההתנגדות הדיפרנציאלית שהיא עבור. אותה נקודה A נקבעת על ידי הנוסחה:

Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,

כאשר mi, mi, sir - בהתאמה סולם המתחים, הזרמים וההתנגדויות.

ההתנגדות הסטטית מאפיינת את המאפיינים של אלמנט לא ליניארי במצב הזרם הקבוע, ואת ההתנגדות הדיפרנציאלית - עבור סטיות קטנות של הזרם מערך המצב היציב. שניהם משתנים במעבר מנקודה אחת ומאפיין המתח הזרם לאחר, הראשון תמיד חיובי והמשתנה השני: בקטע העולה של המאפיין, המתח הזרם חיובי, ובקטע היורד הוא שלילי.

אלמנטים לא ליניאריים מאופיינים גם בערכים הדדיים: מוליכות סטטית Gst ומוליכות דיפרנציאלית G פרמטרים שונים או חסרי ממדים -

התנגדות יחסית:

Kr = — (Rdifference /Rst)

או מוליכות יחסית:

Kg = — (Gdifference / Gst)

לאלמנטים ליניאריים יש פרמטרים Kr וק"ג השווים לאחד, ועבור אלמנטים לא ליניאריים הם שונים ממנו, וככל שהם נבדלים יותר מאחד, כך מתבטאת האי-ליניאריות של המעגל החשמלי יותר.

חישוב מעגלים חשמליים לא ליניאריים

מעגלים חשמליים לא ליניאריים מחושבים בצורה גרפית ואנליטית על סמך חוקי קירכהוף ומאפייני וולט-אמפר של אלמנטים בודדים של מעגלי זרם חילופין להמרת זרם חילופין לזרם ישר.

בעת חישוב גרפי של מעגל חשמלי עם שני נגדים לא ליניאריים R1 ו-R2 המחוברים בסדרה עם מאפייני מתח זרם Iz (U1) ו-Iz (U2), בנה את מאפיין המתח הזרם של כל המעגל Iz (U), כאשר U = U1 + U2, האבססיס של הנקודות שבהן נמצאות על ידי סיכום האבססיס של הנקודות של מאפייני המתח הזרם של נגדים לא ליניאריים עם אורדינאטות שוות (איור 3, א, ב).

אורז. 3. דיאגרמות ומאפיינים של מעגלים חשמליים לא ליניאריים: א - מעגל של חיבור סדרה של נגדים לא ליניאריים, ב - מאפייני וולט אמפר של אלמנטים בודדים ומעגל סדרה, ג - סכמת חיבור מקבילי של נגדים לא ליניאריים, ד - מאפייני וולט-אמפר של אלמנטים בודדים ומעגל מקביל.

הנוכחות של עקומה זו מאפשרת למתח U למצוא את הזרם Az וכן את המתח U1 ו-U2 במסופי הנגדים.

באותו אופן, החישוב של המעגל החשמלי עם שני נגדים המחוברים במקביל מתבצע. R1 ו-R2 עם מאפייני מתח זרם I1 (U) ו- Az2 (U), שעבורם נבנה מאפיין הזרם-מתח של כל המעגל Az(U), כאשר Az = I1+I2, שעליו, באמצעות מתח נתון U, מצא זרמים Az , I1, I2 (אוריז. 3, c, d).

השיטה האנליטית לחישוב מעגלים חשמליים לא ליניאריים מבוססת על הצגת מאפייני המתח של היסודות הלא ליניאריים באמצעות משוואות הפונקציות המתמטיות המתאימות, המאפשרות לערוך את משוואות המצב הדרושות למעגלים החשמליים .מכיוון שהפתרון של משוואות לא ליניאריות כאלה גורם לעתים קרובות לקשיים משמעותיים, השיטה האנליטית לחישוב מעגלים לא ליניאריים נוחה כאשר ניתן ליישר את קטעי הפעולה של מאפייני המתח הזרם של אלמנטים לא ליניאריים. זה מאפשר לך לתאר את המצב החשמלי של המעגל על ​​ידי משוואות ליניאריות שאינן יוצרות קשיים בפתרונן.

יסודות הנדסת חשמל:

על הבדל פוטנציאל, כוח ומתח חשמלי

זרם חשמלי בנוזלים ובגזים

התנגדות חשמלית של חוטים

מגנטיות ואלקטרומגנטיות

על השדה המגנטי, סולנואידים ואלקטרומגנטים

השראות אלקטרומגנטית

אינדוקציה עצמית ואינדוקציה הדדית

שדה חשמלי, אינדוקציה אלקטרוסטטית, קיבול וקבלים

מהו זרם חילופין וכיצד הוא שונה מזרם ישר