العناصر الخطية وغير الخطية للدائرة الكهربائية

العناصر الخطية

تسمى عناصر الدائرة الكهربائية ، التي يكون اعتماد التيار على الجهد I (U) أو الجهد على التيار U (I) الحالي ، وكذلك المقاومة R ، عناصر خطية للدائرة الكهربائية . وفقًا لذلك ، تسمى الدائرة المكونة من هذه العناصر الدائرة الكهربائية الخطية.

تتميز العناصر الخطية بخاصية تيار متناظرة خطيًا (CVC) ، والتي تشبه خطًا مستقيمًا يمر عبر الأصل بزاوية معينة إلى محاور الإحداثيات. هذا يدل على ذلك بالنسبة للعناصر الخطية والدوائر الكهربائية الخطية قانون أوم بصرامة.

بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكننا التحدث فقط عن العناصر ذات المقاومة النشطة البحتة R ، ولكن أيضًا عن المحاثات الخطية L والسعة C ، حيث يعتمد التدفق المغناطيسي على التيار - Ф (I) واعتماد شحنة المكثف على الجهد بين لوحاتها - q (U).

المثال الرئيسي للعنصر الخطي هو المقاوم سلك ملفوف… التيار من خلال مثل هذا المقاوم في نطاق جهد تشغيل معين يعتمد خطيًا على قيمة المقاومة وعلى الجهد المطبق على المقاوم.

خاصية الموصل (خاصية الجهد الحالي) - العلاقة بين الجهد المطبق على السلك والتيار الموجود فيه (عادةً ما يُعبر عنه بالرسم البياني).

بالنسبة للموصل المعدني ، على سبيل المثال ، يتناسب التيار الموجود فيه مع الجهد المطبق ، وبالتالي فإن الخاصية هي خط مستقيم. كلما كان الخط أكثر انحدارًا ، انخفضت مقاومة السلك. ومع ذلك ، فإن بعض الموصلات التي لا يتناسب فيها التيار مع الجهد المطبق (على سبيل المثال ، مصابيح تفريغ الغاز) لها خاصية جهد تيار غير خطي أكثر تعقيدًا.

العناصر غير الخطية

إذا كان اعتماد التيار على الجهد أو الجهد على التيار لعنصر من عناصر الدائرة الكهربائية ، وكذلك المقاومة R ، غير ثابت ، أي أنها تتغير اعتمادًا على التيار أو الجهد المطبق ، فإن هذه العناصر تسمى غير خطية ، وبالتالي ، تظهر دائرة كهربائية تحتوي على عنصر غير خطي واحد على الأقل دائرة كهربائية غير خطية.

لم تعد خاصية الجهد الحالي لعنصر غير خطي خطًا مستقيمًا على الرسم البياني ، فهي غير خطية وغالبًا ما تكون غير متماثلة ، مثل الصمام الثنائي شبه الموصل. لم يتم استيفاء قانون أوم للعناصر غير الخطية للدائرة الكهربائية.

في هذا السياق ، لا يمكننا التحدث فقط عن المصباح المتوهج أو جهاز أشباه الموصلات ، ولكن أيضًا عن المحاثات والمكثفات غير الخطية ، حيث يرتبط التدفق المغناطيسي Φ والشحنة q بشكل غير خطي بتيار الملف أو الجهد بين ألواح المكثف. لذلك ، بالنسبة لهم ، ستكون خصائص Weber-ampere وخصائص Coulomb-volt غير خطية ، يتم تعيينها بواسطة جداول أو رسوم بيانية أو وظائف تحليلية.

مثال على عنصر غير خطي هو المصباح المتوهج. مع زيادة التيار عبر فتيل المصباح ، تزداد درجة حرارته وتزداد المقاومة ، مما يعني أنه ليس ثابتًا ، وبالتالي فإن عنصر الدائرة الكهربائية هذا غير خطي.

المقاومة الساكنة

بالنسبة للعناصر غير الخطية ، تكون مقاومة ثابتة معينة مميزة عند كل نقطة من خصائصها I - V ، أي أن كل نسبة جهد إلى تيار في كل نقطة من الرسم البياني يتم تعيين قيمة مقاومة معينة لها. ويمكن حسابها على النحو التالي ظل الزاوية ألفا لميل الرسم البياني إلى المحور I الأفقي كما لو كانت هذه النقطة تقع على رسم بياني خطي.

المقاومة التفاضلية

تحتوي العناصر غير الخطية أيضًا على ما يسمى بالمقاومة التفاضلية ، والتي يتم التعبير عنها كنسبة الزيادة الصغيرة في الجهد إلى التغيير المقابل في التيار. يمكن حساب هذه المقاومة على أنها ظل الزاوية بين المماس للخاصية I - V عند نقطة معينة والمحور الأفقي.

هذا النهج يجعل تحليل وحساب الدوائر غير الخطية البسيطة بسيطًا قدر الإمكان.

يوضح الشكل أعلاه خاصية I - V لنموذجي الصمام الثنائي... يقع في الربعين الأول والثالث من مستوى الإحداثيات ، وهذا يخبرنا أنه مع وجود جهد موجب أو سالب مطبق على تقاطع pn من الصمام الثنائي (في اتجاه واحد أو آخر) ، سيكون هناك تحيز للأمام أو للخلف من تقاطع pn للديود. مع زيادة الجهد عبر الصمام الثنائي في أي اتجاه ، يزداد التيار بشكل طفيف ، ثم يزداد بشكل حاد. لهذا السبب ، ينتمي الصمام الثنائي إلى شبكة غير خطية ثنائية القطب غير خاضعة للرقابة.

يوضح هذا الشكل عائلة ذات خصائص نموذجية I - V. الثنائي الضوئي تحت ظروف الإضاءة المختلفة. الوضع الرئيسي لتشغيل الثنائي الضوئي هو وضع التحيز العكسي ، عندما لا يتغير التيار عمليًا في نطاق واسع إلى حد ما من الفولتية عند تدفق الضوء الثابت. في ظل هذه الظروف ، سيؤدي تعديل تدفق الضوء الذي ينير الثنائي الضوئي إلى تعديل متزامن للتيار عبر الثنائي الضوئي. وبالتالي ، فإن الثنائي الضوئي هو جهاز ثنائي القطب غير خطي يتم التحكم فيه.

هذا هو VAC الثايرستورهنا يمكنك أن ترى اعتماده الواضح على حجم تيار إلكترود التحكم. في الربع الأول - قسم عمل الثايرستور. في الربع الثالث ، تكون بداية الخاصية I - V عبارة عن تيار صغير وجهد كبير مطبق (في الحالة المغلقة ، تكون مقاومة الثايرستور عالية جدًا). في الربع الأول ، يكون التيار مرتفعًا ، وانخفاض الجهد صغير - الثايرستور مفتوح حاليًا.

تحدث لحظة الانتقال من الحالة المغلقة إلى الحالة المفتوحة عندما يتم تطبيق تيار معين على قطب التحكم. يحدث الانتقال من الحالة المفتوحة إلى الحالة المغلقة عندما ينخفض ​​التيار عبر الثايرستور.وبالتالي ، فإن الثايرستور عبارة عن ثلاثة أقطاب غير خطية مضبوطة (مثل الترانزستور حيث يعتمد تيار المجمع على تيار القاعدة).