Circuitos eléctricos no lineales
Propósito de los elementos no lineales en los circuitos eléctricos.
V circuitos electricos puede incluir elementos pasivos, resistencia eléctrica que depende esencialmente de la corriente o de la tensión, por lo que la corriente no es directamente proporcional a la tensión. Dichos elementos y los circuitos eléctricos en los que entran se denominan elementos no lineales.
Los elementos no lineales otorgan a los circuitos eléctricos propiedades inalcanzables en los circuitos lineales (estabilización de tensión o corriente, amplificación de CC, etc.). Son incontrolables y controlados... El primero, bipolar, está diseñado para funcionar sin la influencia de un factor de control sobre ellos (termistores semiconductores y diodos), y el segundo, multipolar, se usa cuando un factor de control actúa sobre ellos (transistores y tiristores).
Características de corriente-voltaje de elementos no lineales
Las propiedades eléctricas de los elementos no lineales son características de corriente-voltaje I (U) gráficos obtenidos experimentalmente que muestran la dependencia de la corriente con el voltaje, para los cuales a veces se hace una fórmula empírica aproximada y conveniente para el cálculo.
Los elementos no lineales no controlados tienen una sola característica de corriente-voltaje, y los elementos no lineales controlados tienen una familia de tales características cuyo parámetro es el factor de control.
Los elementos lineales tienen una resistencia eléctrica constante, por lo que su característica de corriente-voltaje es una línea recta que pasa por el origen (Fig. 1, a).
Las características de corriente-voltaje de los no lineales tienen una forma diferente y se dividen en simétricas y asimétricas con respecto a los ejes de coordenadas (Fig. 1, b, c).
Arroz. 1. Características de corriente-voltaje de los elementos pasivos: a — lineal, b — simétrico no lineal, c — asimétrico no lineal
Arroz. 2. Gráficos para determinar la resistencia estática a diferencial de elementos no lineales en las secciones de las características de corriente-voltaje: a — ascendente, b — descendente
Para elementos no lineales con una característica simétrica de corriente-voltaje o para elementos simétricos, un cambio en la dirección del voltaje no provoca un cambio en el valor actual (Fig. 1, b), y para elementos no lineales con un voltaje asimétrico -característica actual, o para elementos asimétricos, con un mismo valor absoluto de la tensión dirigida en direcciones opuestas, las corrientes son diferentes (Fig. 1, c). Por lo tanto, los elementos simétricos no lineales se utilizan en circuitos de CC y CA, y los elementos desequilibrados no lineales, por regla general, en circuitos de CA para convertir CA en corriente CC.
Características de los elementos no lineales
Para cada elemento no lineal se distingue una resistencia estática correspondiente a un punto dado de la característica corriente-tensión, por ejemplo el punto A:
Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα
y la resistencia diferencial que es para. el mismo punto A está determinado por la fórmula:
Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,
donde mi, mi, señor — respectivamente la escala de voltajes, corrientes y resistencias.
La resistencia estática caracteriza las propiedades de un elemento no lineal en el modo de corriente constante y la resistencia diferencial, para pequeñas desviaciones de la corriente del valor de estado estable. Ambas cambian al pasar de un punto y de la característica corriente-tensión a otro, siendo siempre positiva la primera y variable la segunda: en el tramo ascendente de la característica, la corriente-tensión es positiva, y en la descendente es negativa.
Los elementos no lineales también se caracterizan por valores recíprocos: conductividad estática Gst y conductividad diferencial Gdiferentes o parámetros adimensionales —
resistencia relativa:
Kr = — (Rdiferencia /Rst)
o conductividad relativa:
Kg = — (Gdiferencia / Gst)
Los elementos lineales tienen parámetros Kr y Kilogramo iguales a uno, y para los elementos no lineales difieren de él, y cuanto más difieren de uno, más se manifiesta la no linealidad del circuito eléctrico.
Cálculo de circuitos eléctricos no lineales
Los circuitos eléctricos no lineales se calculan gráfica y analíticamente en base a leyes de Kirchhoff y características de voltios-amperios de elementos individuales de circuitos de corriente alterna para convertir corriente alterna en corriente continua.
Al calcular gráficamente un circuito eléctrico con dos resistencias no lineales conectadas en serie R1 y R2 con características de corriente-voltaje Iz (U1) e Iz (U2), construya la característica de corriente-voltaje de todo el circuito Iz (U), donde U = U1 + U2, cuyas abscisas de los puntos se encuentran sumando las abscisas de los puntos de las características de voltaje de corriente de resistencias no lineales con ordenadas iguales (Fig. 3, a, b).
Arroz. 3. Diagramas y características de los circuitos eléctricos no lineales: a — circuito de conexión en serie de resistencias no lineales, b — características de voltios-amperios de elementos individuales y circuito en serie, c — esquema de conexión en paralelo de resistencias no lineales, d — características de voltios-amperios de elementos individuales y un circuito en paralelo.
La presencia de esta curva permite que la tensión U encuentre la corriente Az así como la tensión U1 y U2 en los terminales de las resistencias.
De igual forma se realiza el cálculo del circuito eléctrico con dos resistencias conectadas en paralelo. R1 y R2 con características de corriente-voltaje I1 (U) y Az2 (U), para lo cual se construyó la característica de corriente-voltaje de todo el circuito Az(U), donde Az = I1+I2, sobre el cual, utilizando un voltaje dado U, encuentre las corrientes Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).
El método analítico para el cálculo de circuitos eléctricos no lineales se basa en la presentación de las características de tensión de los elementos no lineales a través de las ecuaciones de las funciones matemáticas correspondientes, que permiten formular las ecuaciones de estado necesarias para los circuitos eléctricos. .Dado que la solución de tales ecuaciones no lineales a menudo causa dificultades significativas, el método analítico para calcular circuitos no lineales es conveniente cuando se pueden enderezar las secciones operativas de las características de corriente-voltaje de los elementos no lineales. Esto le permite describir el estado eléctrico del circuito mediante ecuaciones lineales que no crean dificultades para resolverlas.
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