Elemen linier dan non-linier dari rangkaian listrik

Elemen linier

Unsur-unsur rangkaian listrik, yang ketergantungan arus pada tegangan I (U) atau tegangan pada U (I) saat ini, serta resistansi R, adalah konstan, disebut elemen linier dari rangkaian listrik . Dengan demikian, rangkaian yang terdiri dari elemen-elemen tersebut disebut rangkaian listrik linier.

Elemen linier dicirikan oleh karakteristik tegangan arus (CVC) simetris linier, yang menyerupai garis lurus yang melewati titik asal pada sudut tertentu ke sumbu koordinat. Ini menunjukkan bahwa untuk elemen linier dan untuk rangkaian listrik linier Hukum Ohm diamati secara ketat.

Selain itu, kita dapat berbicara tidak hanya tentang elemen dengan resistansi murni aktif R, tetapi juga tentang induktansi linier L dan kapasitansi C, di mana ketergantungan fluks magnet pada arus — Ф (I) dan ketergantungan muatan kapasitor pada tegangan antara pelatnya - q (U).

Contoh utama dari elemen linier adalah resistor kawat melingkar… Arus yang melalui resistor semacam itu dalam rentang tegangan operasi tertentu bergantung secara linier pada nilai resistansi dan tegangan yang diterapkan pada resistor.

Karakteristik konduktor (karakteristik arus-tegangan) — hubungan antara tegangan yang diterapkan pada kawat dan arus di dalamnya (biasanya dinyatakan sebagai grafik).

Untuk konduktor logam, misalnya, arus di dalamnya sebanding dengan tegangan yang diberikan, oleh karena itu karakteristiknya adalah garis lurus. Semakin curam garis, semakin rendah resistansi kawat. Namun, beberapa konduktor yang arusnya tidak sebanding dengan tegangan yang diberikan (misalnya, lampu pelepasan gas) memiliki karakteristik tegangan arus nonlinier yang lebih kompleks.

Elemen non-linier

Jika untuk elemen rangkaian listrik ketergantungan arus pada tegangan atau tegangan pada arus, serta resistansi R, tidak konstan, mis. mereka berubah tergantung pada arus atau tegangan yang diberikan, maka elemen tersebut disebut nonlinier dan, karenanya, rangkaian listrik , yang mengandung setidaknya satu elemen nonlinier, ternyata rangkaian listrik nonlinier.

Karakteristik arus-tegangan dari elemen non-linear tidak lagi berupa garis lurus pada grafik, melainkan non-linear dan seringkali asimetris, seperti dioda semikonduktor. Hukum Ohm tidak terpenuhi untuk elemen non-linear dari rangkaian listrik.

Dalam konteks ini, kita dapat berbicara tidak hanya tentang lampu pijar atau perangkat semikonduktor, tetapi juga tentang induktansi dan kapasitor nonlinier, di mana fluks magnet Φ dan muatan q tidak terkait secara linier dengan arus kumparan atau dengan tegangan antara pelat kapasitor. Oleh karena itu, bagi mereka karakteristik Weber-ampere dan karakteristik Coulomb-volt akan menjadi non-linear, mereka diatur oleh tabel, grafik atau fungsi analitik.

Contoh elemen non linier adalah lampu pijar. Saat arus melalui filamen lampu meningkat, suhunya meningkat dan resistansi meningkat, yang berarti tidak konstan dan oleh karena itu elemen rangkaian listrik ini tidak linier.

Resistansi statis

Untuk elemen non-linier, resistansi statis tertentu adalah karakteristik pada setiap titik karakteristik I - V mereka, yaitu, setiap rasio tegangan-ke-arus pada setiap titik grafik diberi nilai resistansi tertentu. garis singgung sudut alfa dari kemiringan grafik ke sumbu horizontal I seolah-olah titik ini terletak pada grafik garis.

Resistensi diferensial

Elemen nonlinier juga memiliki apa yang disebut resistansi diferensial, yang dinyatakan sebagai rasio peningkatan tegangan yang sangat kecil terhadap perubahan arus yang sesuai. Resistensi ini dapat dihitung sebagai garis singgung sudut antara garis singgung dengan karakteristik I - V pada titik tertentu dan sumbu horizontal.

Pendekatan ini membuat analisis dan perhitungan rangkaian nonlinier sederhana sesederhana mungkin.

Gambar di atas menunjukkan ciri I — V suatu tipikal dioda… Itu terletak di kuadran pertama dan ketiga dari bidang koordinat, ini memberi tahu kita bahwa dengan tegangan positif atau negatif yang diterapkan pada pn-junction dioda (dalam satu arah atau yang lain), akan ada bias maju atau mundur dari pn-junction dioda. Saat tegangan melintasi dioda meningkat di kedua arah, arus awalnya sedikit meningkat, dan kemudian meningkat tajam. Untuk alasan ini, dioda milik jaringan bipolar nonlinear yang tidak terkontrol.

Gambar ini menunjukkan keluarga dengan ciri khas I — V. fotodioda dalam kondisi pencahayaan yang berbeda. Mode utama operasi fotodioda adalah mode bias balik, ketika pada fluks cahaya konstan Ф arus praktis tidak berubah dalam rentang tegangan operasi yang cukup lebar. Dalam kondisi ini, modulasi fluks cahaya yang menerangi fotodioda akan menghasilkan modulasi arus yang melalui fotodioda secara simultan. Dengan demikian, fotodioda adalah perangkat bipolar nonlinier yang dikendalikan.

Ini adalah VAC thyristor, di sini Anda dapat melihat ketergantungannya yang jelas pada besarnya arus elektroda kontrol. Di kuadran pertama — bagian kerja thyristor. Pada kuadran ketiga, awal dari karakteristik I — V adalah arus kecil dan tegangan yang diberikan besar (dalam keadaan tertutup, resistansi thyristor sangat tinggi). Di kuadran pertama, arusnya tinggi, penurunan tegangannya kecil — thyristor saat ini terbuka.

Momen transisi dari keadaan tertutup ke keadaan terbuka terjadi ketika arus tertentu dialirkan ke elektroda kontrol. Transisi dari keadaan terbuka ke keadaan tertutup terjadi ketika arus melalui thyristor berkurang.Dengan demikian, thyristor adalah tiga kutub non-linier terkontrol (seperti transistor di mana arus kolektor bergantung pada arus basis).