Elementos lineares e não lineares do circuito elétrico

elementos lineares

Esses elementos do circuito elétrico, para os quais a dependência da corrente da tensão I (U) ou da tensão da corrente U (I), bem como da resistência R, são constantes, são chamados de elementos lineares do circuito elétrico . Conseqüentemente, um circuito que consiste em tais elementos é chamado de circuito elétrico linear.

Os elementos lineares são caracterizados por uma característica de corrente-tensão (CVC) linearmente simétrica, que se assemelha a uma linha reta passando pela origem em um determinado ângulo para os eixos de coordenadas. Isso mostra que para elementos lineares e para circuitos elétricos lineares lei de ohm rigorosamente observada.

Além disso, podemos falar não apenas sobre elementos com resistências puramente ativas R, mas também sobre indutâncias lineares L e capacitâncias C, onde a dependência do fluxo magnético da corrente - Ф (I) e a dependência da carga do capacitor no tensão entre suas placas — q (U).

Um excelente exemplo de um elemento linear é resistor de fio enrolado… A corrente através de tal resistor em uma determinada faixa de tensão operacional depende linearmente do valor da resistência e da tensão aplicada ao resistor.

Característica do condutor (característica corrente-tensão) — a relação entre a tensão aplicada ao fio e a corrente nele (geralmente expressa como um gráfico).

Para um condutor de metal, por exemplo, a corrente nele é proporcional à tensão aplicada e, portanto, a característica é uma linha reta. Quanto mais íngreme a linha, menor a resistência do fio. No entanto, alguns condutores em que a corrente não é proporcional à tensão aplicada (por exemplo, lâmpadas de descarga de gás) têm uma característica corrente-tensão não linear mais complexa.

Elementos não lineares

Se para um elemento de um circuito elétrico a dependência da corrente com a tensão ou da tensão com a corrente, bem como a resistência R, não são constantes, ou seja, mudam dependendo da corrente ou da tensão aplicada, então tais elementos são chamados de não lineares e, portanto, um circuito elétrico , contendo pelo menos um elemento não linear, resulta circuito elétrico não linear.

A característica corrente-tensão de um elemento não linear não é mais uma linha reta no gráfico, é não linear e frequentemente assimétrica, como um diodo semicondutor. A lei de Ohm não é cumprida para elementos não lineares de um circuito elétrico.

Nesse contexto, podemos falar não apenas de uma lâmpada incandescente ou de um dispositivo semicondutor, mas também de indutâncias e capacitores não lineares, onde o fluxo magnético Φ e a carga q são não linearmente relacionados à corrente da bobina ou à tensão entre as placas do capacitor. Portanto, para eles as características de Weber-ampere e as características de Coulomb-volt serão não lineares, elas são definidas por tabelas, gráficos ou funções analíticas.

Um exemplo de um elemento não linear é uma lâmpada incandescente. À medida que a corrente através do filamento da lâmpada aumenta, sua temperatura aumenta e a resistência aumenta, o que significa que ela não é constante e, portanto, esse elemento do circuito elétrico é não linear.

resistência estática

Para elementos não lineares, uma certa resistência estática é característica em cada ponto de sua característica I — V, ou seja, cada relação tensão/corrente em cada ponto do gráfico é atribuído a um determinado valor de resistência. Pode ser calculado como a tangente do ângulo alfa da inclinação do gráfico ao eixo I horizontal como se este ponto estivesse em um gráfico de linha.

Resistência diferencial

Elementos não lineares também têm a chamada resistência diferencial, que é expressa como a razão de um aumento infinitesimal na tensão para a mudança correspondente na corrente. Essa resistência pode ser calculada como a tangente do ângulo entre a tangente à característica I — V em um determinado ponto e o eixo horizontal.

Essa abordagem torna a análise e o cálculo de circuitos não lineares simples o mais simples possível.

A figura acima mostra a característica I — V de um típico diodo… Ele está localizado no primeiro e terceiro quadrantes do plano de coordenadas, isso nos diz que com uma tensão positiva ou negativa aplicada à junção pn do diodo (em uma direção ou outra), haverá polarização direta ou reversa da junção pn do diodo. À medida que a tensão no diodo aumenta em qualquer direção, a corrente inicialmente aumenta ligeiramente e depois aumenta acentuadamente. Por esta razão, o diodo pertence a uma rede bipolar não linear não controlada.

Esta figura mostra uma família com características I-V típicas. foto-diodo em diferentes condições de iluminação. O principal modo de operação do fotodiodo é o modo de polarização reversa, quando em um fluxo de luz constante Ф a corrente praticamente não muda em uma faixa bastante ampla de tensões operacionais. Nestas condições, a modulação do fluxo de luz que ilumina o fotodiodo resultará em uma modulação simultânea da corrente através do fotodiodo. Assim, o fotodiodo é um dispositivo bipolar não linear controlado.

isso é vac tiristor, aqui você pode ver sua clara dependência da magnitude da corrente do eletrodo de controle. No primeiro quadrante - a seção de trabalho do tiristor. No terceiro quadrante, o início da característica I-V é uma pequena corrente e uma grande tensão aplicada (no estado fechado, a resistência do tiristor é muito alta). No primeiro quadrante, a corrente é alta, a queda de tensão é pequena - o tiristor está atualmente aberto.

O momento de transição do estado fechado para o aberto ocorre quando uma certa corrente é aplicada ao eletrodo de controle. A transição do estado aberto para o estado fechado ocorre quando a corrente através do tiristor diminui.Assim, o tiristor é um tripolar não linear controlado (como um transistor onde a corrente de coletor depende da corrente de base).