Вольтамперные характеристики нелинейных сопротивлений

На рис. 5.1 изображено одиннадцать типов наиболее часто встре-чающихся вольтамперных характеристик неуправляемых НС.

ВАХ типа рис. 5.1а имеют, например, лампы накаливания с металлической нитью. Чем больше протекающий через нить ток, тем нить сильнее нагревается и тем больше становится ее сопротивление.

Если величину, откладываемую по оси абсцисс, обозначить через х, а величину, откладываемую по оси ординат, - через f (x), то характеристика типа «а» подчиняется условию

f(x) = -f(- х).

Нелинейные сопротивления, для которых выполняется это условие, называют нелинейными сопротивлениями с симметричной вольтамперной характеристикой.

ВАХ типа рис. 5.1б обладают тиритовые и вилитовые сопротивления, некоторые типы терморезисторов и лампы накаливания с уголь­ной нитью.

Основу тирита и вилита составляют мелкоизмельченный графит и карборунд. После соответствующей технологической обработки эту массу прессуют в виде дисков и запекают. Вилитовые и тиритовые НС используют в нелинейных мостовых схемах автоматики, применяемых, например, в качестве индикаторов отклонения напряжения генераторов от номинала. Их широко используют в защитных устройствах при передаче энергии высокого напряжения. Для данной группы характерно то, что с увеличением протекающего тока сопротивление их уменьшается. ВАХ их симметрична.

Рисунок 5.1

ВАХ типа рис. 5.1б обладает, например, бареттер. Бареттер выполняют в виде спирали из стальной проволоки, помещенной в стеклянный сосуд, заполненный водородом при давлении порядка 80 мм рт. ст. В определенном диапазоне изменения тока ВАХ бареттера расположена почти горизонтально. Бареттер используют для стабилизации тока накала электронных ламп при изменении напряжения питания.

ВАХ типа рис. 5.1в также симметрична.

ВАХ типа рис. 5.1г в отличие от предыдущих несимметрична. Ею обладают полупроводниковые выпрямители (меднозакисные, селеновые, кремниевые, германиевые), очень широко применяемые для преобразования переменного тока в постоянный. Они способны пропускать ток практически только в одном, проводящем, направлении. Широко используют их также в различных датчиках и преобразоваелях устройств автоматики.

ВАХ типа 5.1д имеют электрическая дуга с разнородными электродами, газотрон и некоторые типы терморезисторов. Если напряжение повышать, начиная с нуля, то сначала ток растет, но остается весьма малым, после достижения напряжения U₁ (напряжение зажигания) происходит резкое увеличение тока в цепи и снижение напряжения на электрической дуге или газотроне. Для верхнего участка ВАХ приращению тока соответствует убыль напряжения нелинейном сопротивлении.

Участок ВАХ типа верхнего участка кривой рис. 5.1д называют падающим участком вольтамперной характеристики.

Электрическую дугу широко применяют при сварке металлов, в электротермии (в дуговых электропечах), а также в качестве мощного источника электрического освещения, например в прожекторах.

Газотрон представляет собой лампу с двумя электродами, запол­ненную благородным газом или парами ртути.

ВАХ типа рис. 5.1е имеет двухэлектродная выпрямительная лампа - кенотрон. По нити накала лампы пропускают ток. Этот ток разогревает катод (один из двух электродов лампы) до высокой температуры, в результате чего с поверхности катода начинается термоэлектронная эмиссия. Под действием электрического поля поток электронов направляется ко второму, холодному, электроду - аноду. В начальной части ВАХ(рис. 5.1е) зависимость тока от напряжения подчиняется закону трех вторых i = au^3/5. ВАХ кенотрона несимметрична, это объясняется тем, что поток электронов направляется с катода на анод только в том случае, если анод положителен по отношению к катоду.

ВАХ типа рис. 5.1ж обладают лампы с тлеющим разрядом. К числу их относятся стабиловольты и неоновые лампы. При тлеющем разряде благородный газ, которым заполнена лампа (неон, аргон и др.), светится. ВАХ типа рис. 5.1ж свидетельствует о том, что в определенном диапазоне значений токов напряжение на лампе остается практически неизменным.

Некоторые типы точечных германиевых и кремниевых выпрямителей имеют ВАХ типа рис. 5.1з.

Электрическая дуга между электродами, выполненными из одного и того же материала и находящимися в одинаковых условиях, имеет ВАХ типа рис. 5.1и.

ВАХ четырехслойного германиевого (кремниевого) диода - тринистора - изображена на рис. 5.1л;

ВАХ туннельного диода - на рис. 5.1к .

В качестве управляемых нелинейных сопротивлений широко применяют полупроводниковые триоды (транзисторы), тиристоры и трехэлектродные электронные лампы.