Характеристики нелінійних елементів

Всі електричні і магнітні кола є не-лінійними, лінійними їх можна вважати в обмежених границях зміни струмів і напруг.

Але якщо в деяких (робочих) межах зміни струмів і напруг вольтамперна характеристика (ВАХ) елемента є прямою лінією, елементи вважаються лінійними.

Якщо у робочих межах зміни струмів і напруг ВАХ елемента , не є прямою лінією, елементи вважаються нелінійними.

Отже, нелінійним електричним вважається коло, в яке ввімкнений принаймі один нелінійний елемент. Нелінійним називається такий елемент, який має нелінійну ВАХ. Опір таких елементів залежить від струму, який в них проті-кає.

Необхідно розпізнавати найхарактерніші випадки нелінійності: безперервні і переривчасті (уривчасті), монотонні та немонотонні, одно- й неоднозначні, симетричні та несиметричні.

Прикладом нелінійності з монотонною безперервною ВАХ є елементи з металевими нитками (нагрівальний пристрій, лампи розжарювання), які нагріваються до порівняно високої температури (рис15.1), а також електровакуумні пристрої, які базуються на принципі газового розряду, або термоелектронної емісії (рис15.2).

Переривчасті характеристики (наприклад, стрибкоподібні) мають реле (релейна характеристика (рис. 15.3)). Діоди – прилади односторонньої провідності (їх ВАХ зображена на рис. 15.4).

Причиною неоднозначності ВАХ може бути, наприклад, наявність в електричному колі елементів, пов’язаних з магнітним полем (рис15.5).

Рис.15.1 Рис.15.2 Рис.15.3

У симетричних нелінійних елементах ВАХ не залежать від напряму струму і полярності напруги. До них належать електричні лампи розжарювання, батареї, терморезистори та ін. (рис. 15.6).

У несиметричних нелінійних елементах ВАХ залежить від напряму струму і полярності напруги: дуга з різнорідними електродами, діоди (вентильні) та ін.(див.рис.15.4).

Рис.15.4 Рис.15.5 Рис.15.6

Фізичні причини нелінійності ВАХ можуть бути різними. Наприклад, у термісторах і лампах розжарення – збільшення опору при нагріванні, напівпровідникових тріодах – зміна властивостей переходів.

У теорії електричних і магнітних кіл фізичними причинами нелінійності характеристики цікавляться мало. Головне для розрахунків – вигляд ВАХ, яка має бути задана графічно або аналітично.

Закони Ома, Кірхгофа, Джоуля –Ленца є універсальними і повністю можуть застосовуватися для розрахунку нелінійних електричних кіл. Але аналітичні методи їх розрахунку дуже часто утруднені через складну залежність струму від напруги, а отже, і складність математичного виразу для ВАХ. У багатьох випадках одержання такого виразу пов’язано з громіздкими розрахунками, обсяг яких перевищує обсяг розв’язування самої задачі. У зв’язку з цим аналіз нелінійних електричних і магнітних кіл аналітичними методами застосовується дуже рідко.

Найчастіше для таких розрахунків застосовується графоаналітичі методи, в основу яких покладені закони Ома і Кірхгофа.