Стислі теоретичні відомості. До електричного кола можуть входити елементи, опори яких не є величиною постійною, внаслідок чого струм в них не знаходиться в прямій пропорціональній

До електричного кола можуть входити елементи, опори яких не є величиною постійною, внаслідок чого струм в них не знаходиться в прямій пропорціональній залежності у відношенні до напруги. Елементи, опори яких залежать від величини протікаючого по них струму або прикладеної до них напруги, називаються нелінійними. Вольт-амперні характеристики таких елементів нелінійні. Приклади вольт-амперних характеристик (в.а.х.) таких елементів наведені на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Вольт-амперні характеристики напівпровідникового діода (1) та лампи розжарювання (2)

Якщо в електричному колі є хоч один нелінійний елемент, воно називається нелінійним. Через нелінійність в.а.х. аналітичний розрахунок нелінійних кіл надто утруднений і застосовується тільки тоді, коли криволінійні відрізки характеристик можно описати чи аппроксимірувати аналітичними функціями.

Частіше всього розрахунок кіл з нелінійними елементами здійснюється графічно. Для цього дослідним шляхом знімають в.а.х. кола в цілому.

Одержання результуючої в.а.х. є рішенням задачі за розрахунком нелінійного кола, тобто за допомогою її (а також в.а.х. нелінійних елементів), задаючись тільки одним яким-небудь відомим параметром, можно легко визначити всі ті, що зосталися.

На відрізку кола з двома послідовно з’єднаними елементами (рис.4.2,а) згідно з другим законом Кірхгофа напруга U=U₁+U₂. Тому для побудови вольт-амперної характеристики I(U) відрізка складають напруги за елементами при заданому загальному струмі в колі I, як показано на рис.4.2,б.

При паралельному з’єднанні нелінійних елементів всі вони знаходяться під одною напругою U, а струм в нерозгалуженій частині кола згідно з першим законом Кірхгофа рівняється сумі струмів в галузках, тобто для схеми на рис. 4.3, а I=I₁+I₂. Для одержання загальної характеристики I(U) достатньо підсумувати ординати характеристик окремих елементів (рис.4.3,а).

а – схема кола; б – побудова результуючої в.а.х. кола

Рисунок 4.2 – Послідовне з’єднання нелінійних елементів

Вольт-амперні характеристики нелінійного кола, побудовані графічно, дозволяють визначити струми в ньому по заданій напрузі або, навпаки, напруги – за заданим струмом.

Графічний метод розрахунку нелінійного кола постійного струму не змінюється, якщо деякі її елементи будуть лінійними (з в.а.х. у вигляді прямих ліній). Більш трудомісткий розрахунок складного нелінійного кола, що містить декілька джерел. Його виконують із застосуванням ЕОМ.

а – схема кола; б – побудова результуючої в.а.х. кола

Рисунок 4.3 – Паралельне з’єднання нелінійних елементів