Классификация нелинейных элементов

Лабораторная работа № 1 и 2-1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Цель работы: экспериментальное получение вольтамперных характеристик (ВАХ) резистивных нелинейных элементов (НЭ), использование полученных ВАХ для расчета цепей постоянного тока с нелинейными элементами.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрическая цепь считается нелинейной, если она содержит хотя бы один нелинейный элемент (НЭ), ток и напряжение на зажимах которого связаны нелинейной зависимостью.

Классификация нелинейных элементов

Нелинейные элементы могут быть классифицированы по разным признакам. Если нелинейность вольт-амперной характеристики (ВАХ) обусловлена тепловыми процессами, то такие элементы называют инерционными (лампы накаливания, бареттеры, газоразрядные приборы и др.).

Если же нелинейность ВАХ обусловлена не тепловыми, а иными процессами, то такие элементы называют безынерционными (полупроводниковые и электронные приборы). Однако полупроводниковые приборы при импульсном или высокочастотном воздействии переключаются с задержкой из-за наличия нелинейной емкости p-n перехода, то есть приборы становятся инерционными.

Различают управляемые и неуправляемые НЭ. Неуправляемыми, как правило, бывают двухполюсные НЭ. Характеристика неуправляемого НЭ изображается одной кривой. Управляемыми являются многополюсные НЭ: транзисторы, тиристоры, электронные лампы, операционные усилители и т.д., которые кроме основной цепи имеют хотя бы еще одну управляющую цепь, ток или напряжение которой влияют на ВАХ основной цепи. Поэтому управляемый НЭ характеризуется семейством нелинейных характеристик, параметром которых является управляющий фактор.

В зависимости от вида ВАХ различают НЭ с симметричной и несимметричной характеристикой.

На рис. 8.1,а показана симметричная характеристика лампы накаливания с металлической нитью. Загиб кривой I(U) объясняется тем, что по мере увеличения тока нить нагревается сильнее и ее сопротивление возрастает.

Характеристику, представленную на рис. 8.1,б, имеет бареттер, с помощью которого поддерживается неизменный ток при колебаниях напряжения на его зажимах в определенных пределах от U₁ до U₂.

На рис. 8.2 показаны несимметричные характеристики.

Вольт-амперную характеристику, изображенную на рис. 8.2, а, имеет выпрямительный диод. Для удобства изображения характеристики прямой и обратный токи, а также прямое и обратное напряжение даны на одном рисунке в разных масштабах.

На рис. 8.2, б показана вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона – прибора, напряжение на котором в некотором диапазоне изменения тока остается прак

тически неизменным.

При постоянном токе не имеет принципиального значения, является ли характеристика НЭ симметричной или несимметричной. В цепях переменного тока зависимость ВАХ от полярности приложенного напряжения или направления тока очень существенна. Приборы с несимметричной характеристикой используются для преобразования переменного тока в постоянный, для выделения четных гармоник тока при синусоидальном напряжении источника и для других целей.