Elementi lineari e non lineari del circuito elettrico

Elementi lineari

Quegli elementi del circuito elettrico, per i quali la dipendenza della corrente dalla tensione I (U) o la tensione dalla corrente U (I), così come la resistenza R, sono costanti, sono chiamati elementi lineari del circuito elettrico . Di conseguenza, un circuito costituito da tali elementi è chiamato circuito elettrico lineare.

Gli elementi lineari sono caratterizzati da una caratteristica corrente-tensione (CVC) linearmente simmetrica, che assomiglia a una linea retta che passa attraverso l'origine ad un certo angolo rispetto agli assi delle coordinate. Ciò dimostra che per elementi lineari e per circuiti elettrici lineari Legge di Ohm rigorosamente osservato.

Inoltre, possiamo parlare non solo di elementi con resistenze puramente attive R, ma anche di induttanze lineari L e capacità C, dove la dipendenza del flusso magnetico dalla corrente - Ф (I) e la dipendenza della carica del condensatore dal tensione tra le sue piastre — q (U).

Un ottimo esempio di un elemento lineare è resistore a filo avvolto… La corrente attraverso un tale resistore in un certo intervallo di tensione operativa dipende linearmente dal valore della resistenza e dalla tensione applicata al resistore.

Caratteristica del conduttore (caratteristica corrente-tensione) — la relazione tra la tensione applicata al filo e la corrente in esso (solitamente espressa come grafico).

Per un conduttore metallico, ad esempio, la corrente in esso è proporzionale alla tensione applicata, e quindi la caratteristica è una linea retta. Più ripida è la linea, minore è la resistenza del filo. Tuttavia, alcuni conduttori in cui la corrente non è proporzionale alla tensione applicata (ad esempio lampade a scarica di gas) hanno una caratteristica corrente-tensione non lineare più complessa.

Elementi non lineari

Se per un elemento di un circuito elettrico la dipendenza della corrente dalla tensione o della tensione dalla corrente, così come la resistenza R, non sono costanti, cioè cambiano a seconda della corrente o della tensione applicata, allora tali elementi sono detti non lineari e, di conseguenza, risulta un circuito elettrico contenente almeno un elemento non lineare circuito elettrico non lineare.

La caratteristica corrente-tensione di un elemento non lineare non è più una linea retta sul grafico, è non lineare e spesso asimmetrica, come un diodo a semiconduttore. La legge di Ohm non è soddisfatta per gli elementi non lineari di un circuito elettrico.

In questo contesto, possiamo parlare non solo di una lampada ad incandescenza o di un dispositivo a semiconduttore, ma anche di induttanze e condensatori non lineari, dove il flusso magnetico Φ e la carica q sono correlati in modo non lineare alla corrente della bobina o alla tensione tra le armature del condensatore. Pertanto, per loro le caratteristiche Weber-ampere e le caratteristiche Coulomb-volt saranno non lineari, sono impostate da tabelle, grafici o funzioni analitiche.

Un esempio di elemento non lineare è una lampada a incandescenza. All'aumentare della corrente attraverso il filamento della lampada, aumenta la sua temperatura e aumenta la resistenza, il che significa che non è costante e quindi questo elemento del circuito elettrico non è lineare.

Resistenza statica

Per gli elementi non lineari, una certa resistenza statica è caratteristica in ogni punto della loro caratteristica I - V, cioè a ogni rapporto tensione-corrente in ogni punto del grafico viene assegnato un certo valore di resistenza.Può essere calcolato come la tangente dell'angolo alfa della pendenza del grafico rispetto all'asse I orizzontale come se questo punto si trovasse su un grafico a linee.

Resistenza differenziale

Gli elementi non lineari hanno anche una cosiddetta resistenza differenziale, che è espressa come il rapporto tra un aumento infinitesimale della tensione e la corrispondente variazione della corrente. Questa resistenza può essere calcolata come la tangente dell'angolo tra la tangente alla caratteristica I — V in un dato punto e l'asse orizzontale.

Questo approccio rende l'analisi e il calcolo di semplici circuiti non lineari il più semplice possibile.

La figura sopra mostra la caratteristica I - V di un tipico diodo… Si trova nel primo e terzo quadrante del piano delle coordinate, questo ci dice che con una tensione positiva o negativa applicata alla giunzione pn del diodo (in una direzione o nell'altra), ci sarà polarizzazione diretta o inversa dalla giunzione pn del diodo. Man mano che la tensione ai capi del diodo aumenta in entrambe le direzioni, la corrente inizialmente aumenta leggermente, quindi aumenta bruscamente. Per questo motivo il diodo appartiene a una rete bipolare non lineare non controllata.

Questa figura mostra una famiglia con tipiche caratteristiche I-V. fotodiodo in diverse condizioni di illuminazione. La modalità di funzionamento principale del fotodiodo è la modalità di polarizzazione inversa, quando a un flusso luminoso costante Ф la corrente praticamente non cambia in una gamma abbastanza ampia di tensioni operative. In queste condizioni, la modulazione del flusso luminoso che illumina il fotodiodo comporterà una modulazione simultanea della corrente attraverso il fotodiodo. Pertanto, il fotodiodo è un dispositivo bipolare non lineare controllato.

Questo è VAC tiristore, qui puoi vedere la sua chiara dipendenza dall'entità della corrente dell'elettrodo di controllo. Nel primo quadrante — la sezione di lavoro del tiristore. Nel terzo quadrante, l'inizio della caratteristica I-V è una piccola corrente e una grande tensione applicata (nello stato chiuso, la resistenza del tiristore è molto alta). Nel primo quadrante, la corrente è alta, la caduta di tensione è piccola: il tiristore è attualmente aperto.

Il momento di transizione dallo stato chiuso allo stato aperto si verifica quando una certa corrente viene applicata all'elettrodo di controllo. Il passaggio dallo stato aperto allo stato chiuso avviene quando la corrente attraverso il tiristore diminuisce.Pertanto, il tiristore è un tripolare non lineare controllato (come un transistor in cui la corrente del collettore dipende dalla corrente di base).