Меню

Характеристика нелинейного элемента переменного тока

Характеристика нелинейного элемента переменного тока

Особенности нелинейных цепей при переменных токах

Наиболее существенная особенность расчета нелинейных цепей при переменных токах заключается в необходимости учета в общем случае динамических свойств нелинейных элементов, т.е. их анализ следует осуществлять на основе динамических вольт-амперных, вебер-амперных, и кулон-вольтных характеристик.

Если нелинейный элемент является безынерционным, то его характеристики в динамических и статических режимах совпадают, что существенно упрощает расчет. Однако на практике идеально безынерционных элементов не существует. Отнесение нелинейного элемента к классу безынерционных определяется скоростью изменения входных воздействий: если период Т переменного воздействия достаточно мал по сравнению с постоянной времени , характеризующей динамические свойства нелинейного элемента, последний рассматривается как безынерционный; если это не выполняется, то необходимо учитывать инерционные свойства нелинейного элемента.

В качестве примера можно рассмотреть цепь на рис.1 с нелинейным резистором (термистором), имеющим вольт-амперную характеристику (ВАХ), представленную на рис. 2, и характеризующимся постоянной времени нагрева .

Если , то изображающая точка перемещается по прямой 1 и нелинейный резистор характеризуется сопротивлением . При изображающая точка перемещается по кривой 2, и свойства нелинейного резистора определяются сопротивлением . Когда постоянная времени нагрева t НР одного порядка с Т, соотношения между переменными составляюшими напряжения и тока являются более сложными, определяющими сдвиг по фазе между ними.

Другой важной особенностью нелинейных элементов в цепи переменного тока является вызываемое ими появление высших гармоник даже при наличии в цепи только источников синусоидального напряжения и (или) тока. На этом принципе строится, например, ряд умножителей частоты, а также преобразователей формы тока или напряжения.

Основные типы характеристик нелинейных элементов в цепях переменного тока

Использование динамических характеристик нелинейных элементов позволяет осуществлять расчет нелинейных цепей для мгновенных значений переменных, т.е. проводить принципиально ее наиболее точный и полный анализ. Однако в целом ряде случаев такой расчет может оказаться достаточно трудоемким или избыточным по своей глубине. Поэтому в зависимости от цели решаемой задачи, а также от требований к точности получаемых результатов, помимо динамической характеристики, могут использоваться нелинейные характеристики по первым гармоникам и для действующих значений (см. табл. 1).

Таблица 1. Определение основных типов характеристик нелинейных элементов

Тип харапктеристики

Определение

Динамическая характеристика (характеристика для мгновенных значений)

Характеристика, связывающая мгновенные значения основных определяющих величин

Используется при анализе цепи по мгновенным значениям

Характеристика по первым гармоникам

Характеристика, связывающая амплитуды (действующие значения) первых гармоник основных определяющих величин.

Если воздействующая величина содержит постоянную составляющую, то нелинейный элемент характеризуется семейством зависимостей, для которых постоянная составляющая является параметром.

Определяется по соответствующей характеристике для мгновенных значений или экспериментально. Применяется при использовании метода расчета по первым гармоникам

Характеристика для действующих значений

Характеристика, связывающая действующие значения синусоидальных и несинусоидальных величин.

Если воздействующая величина содержит постоянную составляющую, то нелинейный элемент характеризуется семейством зависимостей, для которых постоянная составляющая является параметром

Определяется по соответствующей характеристике для мгновенных значений или экспериментально.

Применяется при использовании метода расчета по действующим значениям

Графические методы расчета

Графические методы расчета позволяют проводить анализ нелинейных цепей переменного тока для частных значений параметров с использованием характеристик нелинейных элементов для мгновенных значений, по первым гармоникам и действующим значениям (см. табл. 1).

Графический метод с использованием характеристик для мгновенных значений

В общем случае методика анализа нелинейной цепи данным методом включает в себя следующие этапы:

— исходя из физических соображений находят (если он не задан) закон изменения одной из величин, определяющих характеристику нелинейного элемента;

— по нелинейной характеристике для известного закона изменения переменной путем графических построений определяют кривую (или наоборот);

— с использованием полученной зависимости проводят анализ остальной (линейной) части цепи.

В качестве примера построим при синусоидальной ЭДС кривую тока в цепи на рис. 3, ВАХ диода в которой представлена на рис. 4.

1. Строим результирующую ВАХ цепи (см. рис. 4) согласно соотношению

2. Находя для различных значений с использованием полученной кривой соответствующие им значения тока, строим по точкам (см. рис. 5) кривую искомой зависимости .

К полученному результату необходимо сделать следующий комментарий. Использование при анализе подобных цепей ВАХ идеального вентиля (обратный ток отсутствует, в проводящем направлении падение напряжения на диоде равно нулю) корректно при достаточно больших значениях амплитуд приложенного к диоду напряжения , определяющих значительное превышение током, протекающим через вентиль в прямом направлении , его обратного тока , вследствие чего последним можно пренебречь. При снижении величин напряжения , когда эти токи становятся сопоставимыми по величине , следует использовать ВАХ реального диода , представленную на рис. 4 и учитывающую наличие обратного тока.

Важнейшим элементом в цепях переменного тока является катушка с ферромагнитным сердечником. В общем случае кривая зависимости имеет вид гистерезисной петли, но, поскольку в устройствах, работающих при переменном напряжении, используются магнитные материалы с узкой петлей гистерезиса, в большинстве практических случаев допустимо при расчетах использовать основную (или начальную) кривую намагничивания.

Условное изображение нелинейной катушки индуктивности приведено на рис. 6. Здесь – основной поток, замыкающийся по сердечнику, — поток рассеяния, которому в первом приближении можно поставить в соответствие потокосцепление рассеяния , где индуктивность рассеяния в силу прохождения потоком части пути по воздуху.

Для схемы на рис. 6 справедливо уравнение

В общем случае в силу нелинейности зависимости определить на основании (1) несинусоидальные зависимости и достаточно непросто. Вместе с тем для реальных катушек индуктивности падением напряжения и ЭДС, обусловленной потоками рассеивания, вследствие их малости, часто можно пренебречь. При этом из (1) получаем , откуда

где постоянная интегрирования.

Так как характеристика катушки (см. рис. 7) симметрична относительно начала координат , а напряжение симметрично относительно оси абсцисс (оси времени) , то кривая также должна быть симметричной относительно последней , откуда следует , что .

Находя для различных значений с использованием кривой соответствующие им значения тока , строим по точкам (см. рис. 7) кривую зависимости .

Анализ полученного результата позволяет сделать важный вывод: при синусоидальной форме потока напряжение на катушке синусоидально , а протекающий через нее ток имеет явно выраженную несинусоидальную форму. Аналогично можно показать , что при синусоидальном токе поток , сцепленный с катушкой , и напряжение на ней несинусоидальны.

Читайте также:  Какими носителями электрического тока создается электрический ток в вакууме

Для среднего значения напряжения, наведенного потоком, можно записать

Умножив (2) на коэффициент формы, получим выражение для действующего значения напряжения

В частности, если напряжение и поток синусоидальны, то

Соотношение (2) является весьма важным: измеряя среднее значение напряжения, наведенного потоком, по (2) можно определить амплитуды потока и индукции при любой форме нелинейности катушки.

Аналогично проводится построение кривой при синусоидальном потоке и задании зависимости в виде петли гистерезиса. При этом следует помнить, что перемещение рабочей точки по петле осуществляется против часовой стрелки (см. рис. 8).

К полученному результату следует сделать следующий важный комментарий. Разложение построенной кривой в ряд Фурье показывает , что первая гармоника тока (см. кривую на рис. 8) опережает по фазе потокосцепление и , следовательно , отстает по фазе от синусоидального напряжения на катушке на угол, меньший 90 ° . Это указывает ( ) на потребление катушкой активной мощности , затрачиваемой на перемагничивание сердечника и определяемой площадью петли гистерезиса.

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
  3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.2. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Линейные электрические цепи (продолжение). Нелинейные цепи. –М.:Энергия- 1972. –200с.

Контрольные вопросы и задачи

  1. В чем заключаются особенности нелинейных цепей переменного тока?
  2. Какие типы характеристик используются в цепях переменного тока для описания нелинейных элементов?
  3. В каких случаях допустимо использование при расчетах идеальных ВАХ вентилей?
  4. Почему нельзя потокосцепление рассеяния катушки представить как произведение числа ее витков и потока рассеяния?
  5. Как косвенным путем можно определить амплитуду индукции магнитного поля, сцепленного с катушкой?
  6. Построить кривые и при синусоидальном токе в нелинейной катушке.
  7. Почему первая гармоника разложения кривой тока при учете гистерезисной петли отстает от напряжения на угол, меньший 90 ° ?
  8. Определить амплитуду основного рабочего потока в сердечнике нелинейной катушки сечением , если при числе витков среднее значение напряжения, обусловленного изменением потока, ; частота .

Источник

Расчет электрической цепи постоянного и переменного тока

Нелинейные цепи переменного тока.

Общая характеристика нелинейных цепей переменного тока и методов их исследования

Нелинейные цепи переменного тока могут содержать в своей структуре нелинейные элементы любого рода: нелинейные резисторы u(i), нелинейные катушки ψ(i) и нелинейные конденсаторы q(u). Физические характеристики нелинейных элементов на переменном токе могут существенно отличаться от их аналогичных характеристик на постоянном токе.

Существуют нелинейные элементы, у которых время установления режима соизмеримо с периодом переменного тока, т.е. проявляется инерционность. По этому показателю все нелинейные элементы разделяют на инерционные и безинерционные.

К инерционным относятся те нелинейные элементы, нелинейность характеристик которых обусловлена температурным режимом (лампы накаливания, термисторы). Установление температурного режима в таких элементах требует некоторого времени. Температура и, следовательно, сопротивление такого элемента определяется действующим значением тока в нем. Таким образом, для действующих значений тока и напряжения инерционный элемент является нелинейным, а для мгновенных значений в интервале периода — линейным. Расчет методом эквивалентного генератора

Физические характеристики безинерционных нелинейных элементов остаются практически неизменными в широком диапазоне частот. Нелинейность таких элементов проявляется как для действующих, так и для мгновенных значений величин. Нелинейность физических характеристик приводит к искажению форм кривых физических величин на зажимах таких элементов. Так, например, при синусоидальном напряжении на зажимах безинерционного нелинейного резистора ток в нем будет несинусоидальным и, наоборот, при синусоидальном токе напряжение на его зажимах будет несинусоидальным. К безинерционным нелинейным элементам относят полупроводниковые приборы: диоды, туннельные диоды, транзисторы, стабилитроны, тиристоры и др.

Статическими характеристиками нелинейных элементов называются соответствующие зависимости u(i) – для резистора, ψ(і) – для катушки, q(u) — для конденсатора, полученные при медленном изменении переменных.

Динамическими характеристиками нелинейных элементов называются те же зависимости u(i) , ψ(і) , q(u) , но полученные при быстрых изменениях переменных.

При сравнительно невысоких частотах динамические характеристики практически совпадают со статическими. Cущественные различия этих характеристик начинают проявляться в области высоких частот (радиочастот).

Электромагнитные процессы в нелинейной цепи переменного тока могут быть описаны системой нелинейных дифференциальных уравнений, составленных для схемы цепи по уравнениям Кирхгофа. В математике не существует общих методов решения таких систем уравнений и, следовательно, не существует общих методов расчета нелинейных цепей переменного тока.

Все задачи по расчету нелинейных цепей переменного тока в установившемся режиме можно разделить на две группы.

К первой группе задач относятся такие, в которых целью расчета является определение действующих значений токов и напряжений. Такие задачи встречаются в электроэнергетике, где искажение форм кривых токов и напряжений незначительны и не играют существенную роль, а определяются действующие значения этих величин.

Ко второй группе задач относятся такие, в которых целью расчета является определение мгновенных значений токов и напряжений, а также форм кривых и гармонических спектров функций. Такие задачи встречаются в электронике, где принцип действия устройств основан на преобразовании форм кривых переменных с помощью нелинейных характеристик элементов.

Методы решения задач первой и второй групп могут существенно отличаться.

Замена несинусоидальных функций u(t) и i(t) эквивалентными синусоидальными

В электрических цепях электроэнергетики, содержащих нелинейные элементы, искажение форм кривых токов и напряжений незначительны, играют второстепенную роль и ими можно пренебречь. Для исследования таких цепей можно применять так называемый метод эквивалентных синусоид. Сущность метода состоит в том, что при незначительных искажениях форм кривых несинусоидальные функции токов и напряжений i(t) и u(t) заменяются эквивалентными по действующему значению синусоидальными функциями (рис. 226а, б).

При малых искажениях форм кривых высшие гармоники практически не влияют на величину действующего значения функции, поэтому действующее значение несинусоидальной функции практически равно действующему значению ее первой гармоники.

При переходе к эквивалентным синусоидам происходит полная потеря информации о формах кривых функций, их гармонических составах, максимумах и минимумах и т. д.

При расчете нелинейных цепей методом эквивалентных синусоид физические характеристики нелинейных элементов u(t) – для резистора, ψ(і) – для катушки и q(u) — для конденсатора заменяются расчетными вольтамперными характеристиками U(I) или I(U) для действующих значений эквивалентных синусоидальных величин. Расчетные ВАХ для конкретных линейных элементов могут быть получены экспериментально путем проведения измерений действующих значений U и I в произвольном режиме. Если заданы физические характеристики для мгновенных значений величин, то соответствующие ВАХ могут быть получены расчетным путем для синусоидального режима по напряжению или току. Например, пусть веберамперная характеристика нелинейной катушки выражается уравнением i(ψ)=аψ + bψ5. При синусоидальном напряжении на зажимах катушки ее потокосцепление также будет изменяться по синусоидальному закону :

, где .

Закон изменения тока в катушке получим из уравнения аппроксимации:

.

Действующее значение тока будет равно: .

Следует иметь в виду тот факт, что ВАХ U(I) нелинейных элементов, снятые экспериментально или полученные расчетным путем, соответствуют определенному режиму, при котором они были получены, например, синусоидальному напряжению. В условиях конкретной цепи напряжение на этих элементах могут существенно отличаться от синусоидальной формы, поэтому реальные ВАХ могут несущественно отличаться от экспериментальных или расчетных.

Методы расчета нелинейных цепей переменного тока на основе ВАХ для эквивалентных синусоид Замена несинусоидальных функций i(t) и u(t) эквивалентными синусоидальными позволяет применить к расчету нелинейных цепей переменного тока комплексный метод со всеми вытекающими из него преимуществами. В простейших случаях, когда схема цепи состоит только из последовательно или только из параллельно включенных элементов, решение задачи может быть выполнено графически методом сложения ВАХ. Отличительной особенностью данного метода является то обстоятельство, что отдельные ВАХ складываются не арифметически, как это имело место в цепях постоянного тока, а векторно в соответствии с уравнениями Кирхгофа в комплексной (векторной) форме

Резонансные явления в нелинейных цепях Резонанс в цепи, содержащей нелинейную катушку с ферромагнитным сердечником и линейный конденсатор, получил название феррорезонанса. Для качественного исследования явления феррорезонанса воспользуемся методом эквивалентных синусоид.

Нелинейная катушка с сердечником на переменном токе Рассмотрим физические процессы, протекающие в катушке с сердечником на переменном токе

Управляемая нелинейная катушка индуктивности содержит на общем магнитопроводе две обмотки, одна из которых рабочая обмотка w1 включается в цепь переменного тока в качестве управляемого элемента, а вторая – обмотка управления w0, которая питается от источника постоянного тока J

Расчет мгновенных значений параметров режима графическим методом При расчете мгновенных значений напряжений u(t) и токов i(t) в нелинейной цепи используются физические характеристики нелинейных элементов, а именно: вольтамперная характеристика u=f(i) или i=f(u) для резистора, веберамперная характеристика i=f( y ) или y =f(i) для катушки и кулонвольтная характеристика q=f(u) или u=f(q) для конденсатора.

Преобразователь частоты в 3 раза на нелинейных катушках В нелинейных цепях переменного тока происходят искажения форм кривых напряжений и токов u(t) и i(t), в составе которых появляются высшие гармоники. Таким образом, нелинейные элементы выступают в роли преобразователей сигналов основной частоты в сигналы других частот. Если с помощью фильтров выделить из несинусоидальной функции определенную k-ую гармонику, то можно говорить о преобразователе сигнала в k раз.

Метод контурных токов (Максвелла). Метод основывается на том свойстве, что ток в любой ветви цепи может быть представлен в виде алгебраической суммы независимых контурных токов, протекающих по этой ветви. При использовании данного метода вначале выбирают и обозначают независимые контурные токи (по любой ветви цепи должен протекать хотя бы один контурный ток). Общее число независимых контурных токов равно рв – (q – 1). Рекомендуется выбирать рт контурных токов так, чтобы каждый из них проходил через один источник тока (эти контурные токи можно считать совпадающими с соответствующими токами источников тока: J1, J2, …, Jрт, и они обычно являются заданными условиями задачи), а оставшиеся п = р – – (q – 1) контурных токов выбирать проходящими по ветвям, не содержащим источников тока.

Источник



НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Глава 5а

НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ОБЩИЕ СВОЙСТВА НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Ранее было показано, что нелинейные резисторы существенно отличаются от линейных следующими общими свойствами:

1) при переходе от одного участка вольтамперной характеристики к другому сопротивления не остаются постоянными;

2) сопротивления и динамические сопротивления в общем не равны друг другу (они могут совпадать по значению только в отдельных точках или на отдельных участках характеристики);

3) нелинейный элемент может иметь несимметричную характеристику; в этом случае сопротивление этого элемента зависит от знака приложенного напряжения, иначе говоря, он обладает свойством выпрямления.

Указанные свойства характерны для нелинейных элементов как при постоянном, так и при переменном токе. Кроме того, в цепях переменного тока обнаруживается ряд специфических особенностей элементов, связанных с частотой воздействующих колебаний.

В достаточно широком диапазоне частот многие нелинейные элементы (электронные и полупроводниковые диоды и др.) являются безынерционными: их нелинейная характеристика выражает зависимость между мгновенными значениями тока и напряжения. Если к такому нели­нейному элементу подвести синусоидальное напряжение, то вследствие нелинейности характеристики ток будет несинусоидальным (рисунок 5.1, а) .Для удобства построения кривой тока оси времени функций u(t) и i(t) расположены соответственно по вертикальной и горизонтальной осям нелинейной характеристики.

В свою очередь, если через нелинейный элемент будет проходить синусоидальный ток, то напряжение на нем будет несинусоидальным (рисунок 5.1, б). Следовательно, нелинейный элемент обладает способностью преобразовывать спектр воздействующих на него колебаний-, в токе появляются гармонические составляющие, которые в приложенном напряжении отсутствуют, а в другом случае в напряжении появляются гармонические составляющие, отсутствующие в токе.

Эта важная особенность нелинейных элементов наряду с другими их свойствами лежит в основе многих применений их в современной автоматике и радиотехнике.

Нелинейность характеристик некоторых нелинейных сопротивлений обусловлена изменением температуры в результате нагрева их током. Так как тепловые процессы (нагревание и охлаждение) являются инерционными процессами, то даже при сравнительно низкой частоте (например, 50 Гц) температура таких элементов и соответственно сопротивление их в течение периода практически не изменяются. Поэтому зависимость i(u) между мгновенными значениями тока и напряжения сохраняется линейной; зависимость же I(U) между действующими значениями тока и напряжения будет нелинейной. Такие нелинейные эле­менты называются инерционными. К их числу относятся электрические лампы накаливания, бареттеры, терморезисторы и др.

Рисунок 5.1 Преобразование спектра частот с помощью нелинейного эле­мента.

ВЫПРЯМЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Нелинейные резисторы с несимметричной вольтамперной характеристикой широко применяются для преобразования переменного тока в постоянный. Такие нелинейные элементы, обладающие односторонней проводимостью, называются электрическими диодами.

Далее рассмотрим однополупериодное и двухполупериодное выпрямление однофазного и трехфазного тока при помощи электронных или полупроводниковых диодов. В конце параграфа рассмотрено выпрямление трехфазного тока.

Трехфазное выпрямление

В рассмотренных выше однофазных схемах выпрямления наблюдалась резко выраженная пульсация тока. С увеличением числа фаз в схеме выпрямления форма кривой тока получается более сглаженной.

Рисунок 5.8 Трехфазное выпрямление:

а, б — схема с тремя диодами и выпрямленное напряжение; в, г — схема с шестью диодами и выпрямленное напряжение.

На рисунке 5.8 приведены схемы трехфазного выпрямления с тремя и шестью диодами. В схеме с тремя диодами (рисунок 5.8, а), предложенной В. Ф. Миткевичем в 1904 г , нагрузка включена между узлом, образованным диодами, и нейтральной точкой трехфазного источника питания. На рисунке 5.8, б показаны положительные полуволны фазных напряжений иА, иВ, ис. Рассматривая идеальные диоды, легко убедиться в том, что диоды будут работать поочередно: когда положительное иВ превысит иА, диод в фазе А окажется запертым и работать начнет диод в фазе В. Затем, когда положительное значение иС превысит иВ, диод в фазе В запрется, откроется диод в фазе С и т. д.

Кривая тока в сопротивлении подобна кривой, показанной на рисунке 5.8, б жирной линией, огибающей положительные полуволны фазных напряжений.

На рисунке. 5.8, в показана мостовая схема, предложенная А. Н. Ларионовым. Она обеспечивает еще большее сглаживание выпрямленного тока (рисунок 5.8, г) и исключает необходимость нейтрального провода.

Емкостный фильтр

При однополупериодном выпрямлении, которое применяется в тех случаях, когда выпрямленный ток относительно мал, емкостный фильтр может обеспечить приемлемое сглаживание формы тока.

Сглаживающее действие емкостного фильтра (рисунок 5.9, а) основано на том, что через емкость замыкаются гармоники тока, а через сопротивление проходит в основном постоянная составляющая.

Процесс сглаживания выпрямленного тока с помощью емкостного фильтра удобно анализировать, исходя из того, что конденсатор — накопитель электрической энергии. Ради упрощения допустим, что диод идеальный. Когда напряжение на входе выпрямителя достигает напряже­ния на емкости, диод открывается и емкость начинает заряжаться. После того, как напряжение на емкости достигает амплитуды входного напряжения, диод запрется и емкость будет разряжаться на сопротивление; напряжение на емкости будет постепенно спадять. Когда по ложительное значение входного напряжения достигнет напряжения на емкости, емкость снова начнет заряжаться и т. д.

Рисунок 5.9 Сглаживание емкостным фильтром при одно- полупериодном выпрямлении: а — схема; б — напряжение на нагрузке и ток в диоде.

Через диод проходят короткие импульсы тока в интервале от dj до а2 и т. д. (рисунок 5.9, б).

При α = α2 имеем i = 0. Следовательно,

Угол заходит во вторую четверть; угол расположен в первой четверти.

На основании (5.1) — (5.3) выражение импульса тока, проходящего через диод, может быть представлено так:

при на диоде. 1) Q = 3600 /ср:

Глава 5а

НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Нелинейные элементы и их характеристики

ads

Нелинейным элементом электрической цепи называют элемент, сопротивление которого зависит от величины тока, протекающего через нелинейный элемент, или напряжения на выводах нелинейного элемента.

В реальных электрических цепях сопротивления всех элементов носят нелинейный характер, т.к. при протекании тока через элементы цепи в них выделяется различная тепловая мощность. Эта тепловая мощность приводит к изменению температуры элементов цепи, а следовательно, и к изменению их сопротивления. Однако если нелинейность невелика и ею можно пренебречь, то элемент можно считать линейным.

Электрическая цепь называется линейной, если она содержит только линейные элементы, и нелинейной при наличии одного или нескольких нелинейных элементов.

На рисунке 1 представлены вольт-амперные характеристики элементов электрической цепи.

Вольт-амперные характеристики.

Рисунок 1 – Вольт-амперные характеристики.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) нелинейных элементов делятся на симметричные и несимметричные относительно начала координат.

Симметричные ВАХ

Характеристика 1 представляет собой прямую, проходящую через начало координат и симметричную относительно начала координат. Подобный вид вольт-амперной характеристики имеют линейный пассивные элементы.

Для нелинейных элементов вольт-амперные характеристики будут непрямолинейными. Например, характеристики 2 и 3.

Для симметричной вольт-амперной характеристики нелинейного элемента (характеристики 2 и 3) при изменении полярности напряжения изменится только направление тока на обратное. Симметричные вольт-амперные характеристики имеют например, лампы с металлической нитью или угольной нитью.

Несимметричные ВАХ

Несимметричные вольт-амперные характеристики имеют, например, полупроводниковые элементы: диоды, транзисторы и т.д

Несимметричная ВАХ полупроводникового диода.

Рисунок 2 — Несимметричная ВАХ полупроводникового диода.

Источник