Elementos lineales y no lineales del circuito eléctrico.

elementos lineales

Aquellos elementos del circuito eléctrico, para los cuales la dependencia de la corriente con el voltaje I (U) o el voltaje con la corriente U (I), así como la resistencia R, son constantes, se denominan elementos lineales del circuito eléctrico. . En consecuencia, un circuito que consta de tales elementos se denomina circuito eléctrico lineal.

Los elementos lineales se caracterizan por una característica de corriente-voltaje (CVC) linealmente simétrica, que se asemeja a una línea recta que pasa por el origen en un cierto ángulo con respecto a los ejes de coordenadas. Esto muestra que para elementos lineales y para circuitos eléctricos lineales Ley de Ohm estrictamente observada.

Además, podemos hablar no solo de elementos con resistencias puramente activas R, sino también de inductancias lineales L y capacitancias C, donde la dependencia del flujo magnético de la corriente — Ф (I) y la dependencia de la carga del capacitor en el tensión entre sus placas — q (U).

Un buen ejemplo de un elemento lineal es resistencia de alambre en espiral… La corriente a través de una resistencia de este tipo en un determinado rango de tensión de funcionamiento depende linealmente del valor de la resistencia y de la tensión aplicada a la resistencia.

Característica del conductor (característica de corriente-tensión) — la relación entre el voltaje aplicado al cable y la corriente en él (generalmente expresada como un gráfico).

Para un conductor metálico, por ejemplo, la corriente en él es proporcional al voltaje aplicado y, por lo tanto, la característica es una línea recta. Cuanto más empinada sea la línea, menor será la resistencia del cable. Sin embargo, algunos conductores en los que la corriente no es proporcional al voltaje aplicado (por ejemplo, las lámparas de descarga de gas) tienen una característica corriente-voltaje no lineal más compleja.

Elementos no lineales

Si para un elemento de un circuito eléctrico la dependencia de la corriente con el voltaje o el voltaje con la corriente, así como la resistencia R, no son constantes, es decir, cambian dependiendo de la corriente o del voltaje aplicado, entonces tales elementos se denominan no lineales y, en consecuencia, resulta un circuito eléctrico que contiene al menos un elemento no lineal circuito electrico no lineal.

La característica corriente-voltaje de un elemento no lineal ya no es una línea recta en el gráfico, es no lineal ya menudo asimétrica, como un diodo semiconductor. La ley de Ohm no se cumple para los elementos no lineales de un circuito eléctrico.

En este contexto, podemos hablar no solo de una lámpara incandescente o un dispositivo semiconductor, sino también de inductancias y condensadores no lineales, donde el flujo magnético Φ y la carga q están relacionados de forma no lineal con la corriente de la bobina o con el voltaje entre las placas del condensador. Por lo tanto, para ellos las características de Weber-ampere y las características de Coulomb-volt serán no lineales, se establecen mediante tablas, gráficos o funciones analíticas.

Un ejemplo de un elemento no lineal es una lámpara incandescente. A medida que aumenta la corriente a través del filamento de la lámpara, aumenta su temperatura y aumenta la resistencia, lo que significa que no es constante y por lo tanto este elemento del circuito eléctrico es no lineal.

Resistencia estática

Para los elementos no lineales, una cierta resistencia estática es característica en cada punto de su característica I — V, es decir, a cada relación de voltaje a corriente en cada punto del gráfico se le asigna un cierto valor de resistencia. Se puede calcular como la tangente del ángulo alfa de la pendiente del gráfico al eje I horizontal como si este punto se encontrara en un gráfico lineal.

Resistencia diferencial

Los elementos no lineales también tienen la llamada resistencia diferencial, que se expresa como la relación entre un aumento de voltaje infinitesimalmente pequeño y el cambio correspondiente en la corriente. Esta resistencia se puede calcular como la tangente del ángulo entre la tangente a la característica I — V en un punto dado y el eje horizontal.

Este enfoque hace que el análisis y cálculo de circuitos no lineales simples sea lo más simple posible.

La figura de arriba muestra la característica I — V de un típico diodo… Está ubicado en el primer y tercer cuadrante del plano de coordenadas, esto nos dice que con un voltaje positivo o negativo aplicado a la unión pn del diodo (en una dirección u otra), habrá polarización directa o inversa de la unión pn del diodo. A medida que el voltaje a través del diodo aumenta en cualquier dirección, la corriente inicialmente aumenta ligeramente y luego aumenta bruscamente. Por esta razón, el diodo pertenece a una red bipolar no lineal no controlada.

Esta figura muestra una familia con características I — V típicas. fotodiodo bajo diferentes condiciones de iluminación. El modo principal de operación del fotodiodo es el modo de polarización inversa, cuando con un flujo de luz constante Ф, la corriente prácticamente no cambia en un rango bastante amplio de voltajes de operación. En estas condiciones, la modulación del flujo de luz que ilumina el fotodiodo dará como resultado una modulación simultánea de la corriente a través del fotodiodo. Así, el fotodiodo es un dispositivo bipolar no lineal controlado.

esto es VAC tiristor, aquí se puede ver su clara dependencia de la magnitud de la corriente del electrodo de control. En el primer cuadrante — la sección de trabajo del tiristor. En el tercer cuadrante, el comienzo de la característica I — V es una pequeña corriente y un gran voltaje aplicado (en estado cerrado, la resistencia del tiristor es muy alta). En el primer cuadrante, la corriente es alta, la caída de voltaje es pequeña: el tiristor está actualmente abierto.

El momento de transición del estado cerrado al abierto ocurre cuando se aplica cierta corriente al electrodo de control. La transición del estado abierto al estado cerrado ocurre cuando la corriente a través del tiristor disminuye.Por lo tanto, el tiristor es un tripolar no lineal controlado (como un transistor donde la corriente del colector depende de la corriente de base).