Circuitos elétricos não lineares

Finalidade dos elementos não lineares em circuitos elétricos

V circuitos elétricos pode incluir elementos passivos, resistência elétrica que depende essencialmente da corrente ou da tensão, pelo que a corrente não é diretamente proporcional à tensão. Tais elementos e os circuitos elétricos nos quais eles entram são chamados de elementos não lineares.

Elementos não lineares conferem aos circuitos elétricos propriedades inatingíveis em circuitos lineares (estabilização de tensão ou corrente, amplificação DC, etc.). Eles são incontroláveis ​​​​e controlados... O primeiro - bipolar - é projetado para funcionar sem a influência de um fator de controle sobre eles (termistores e diodos semicondutores), e o segundo - multipolar - é usado quando um fator de controle atua sobre eles (transistores e tiristores).

Características de corrente-tensão de elementos não lineares

As propriedades elétricas de elementos não lineares são características de corrente-tensão I (U) gráficos obtidos experimentalmente mostrando a dependência da corrente com a tensão, para os quais às vezes é feita uma fórmula empírica aproximada e conveniente para o cálculo.

Elementos não lineares não controlados possuem uma única característica corrente-tensão, e elementos não lineares controlados possuem uma família de tais características cujo parâmetro é o fator de controle.

Os elementos lineares têm uma resistência elétrica constante, de modo que sua característica corrente-tensão é uma linha reta passando pela origem (Fig. 1, a).

As características de corrente-tensão de não lineares têm uma forma diferente e são divididas em simétricas e assimétricas em relação aos eixos de coordenadas (Fig. 1, b, c).

Arroz. 1. Características de corrente-tensão dos elementos passivos: a — linear, b — não linear simétrica, c — não linear assimétrica

Arroz. 2. Gráficos para determinação da resistência estática a diferencial de elementos não lineares nas seções das características de tensão-corrente: a — subindo, b — caindo

Para elementos não lineares com característica corrente-tensão simétrica ou para elementos simétricos, uma mudança na direção da tensão não causa alteração no valor da corrente (Fig. 1, b), e para elementos não lineares com tensão assimétrica -característica atual, ou para elementos assimétricos, com um e o mesmo valor absoluto da tensão direcionada em direções opostas, as correntes são diferentes (Fig. 1, c). Portanto, elementos simétricos não lineares são usados ​​em circuitos CC e CA, e elementos não lineares desbalanceados, via de regra, em circuitos CA para converter corrente CA em corrente contínua.

Características de elementos não lineares

Para cada elemento não linear, distingue-se uma resistência estática correspondente a um determinado ponto da característica corrente-tensão, por exemplo o ponto A:

Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα

e a resistência diferencial que é para. mesmo ponto A é determinado pela fórmula:

Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,

onde mi, mi, sir — respectivamente a escala de tensões, correntes e resistências.

A resistência estática caracteriza as propriedades de um elemento não linear no modo de corrente constante e a resistência diferencial - para pequenos desvios da corrente do valor do estado estacionário. Ambos mudam ao passar de um ponto e da característica corrente-tensão para outro, sendo o primeiro sempre positivo e o segundo variável: no trecho ascendente da característica, a corrente-tensão é positiva, e no trecho descendente é negativa.

Elementos não lineares também são caracterizados por valores recíprocos: condutividade estática Gst e condutividade diferencial Gparâmetros diferentes ou adimensionais —

resistência relativa:

Kr = — (Rdiferença /Rst)

ou condutividade relativa:

Kg = — (Gdiferença / Gst)

Os elementos lineares têm parâmetros Kr e Kilogram iguais a um, e para elementos não lineares eles diferem dele, e quanto mais eles diferem de um, mais a não linearidade do circuito elétrico se manifesta.

Cálculo de circuitos elétricos não lineares

Circuitos elétricos não lineares são calculados graficamente e analiticamente com base em leis de Kirchhoff e características volt-ampère de elementos individuais de circuitos de corrente alternada para converter corrente alternada em corrente contínua.

Ao calcular graficamente um circuito elétrico com dois resistores não lineares conectados em série R1 e R2 com características de corrente-tensão Iz (U1) e Iz (U2), construa a característica de corrente-tensão de todo o circuito Iz (U), onde U = U1 + U2, cujas abcissas dos pontos são encontradas somando as abcissas dos pontos das características de corrente-tensão de resistores não lineares com ordenadas iguais (Fig. 3, a, b).

Arroz. 3. Diagramas e características de circuitos elétricos não lineares: a — circuito de conexão em série de resistores não lineares, b — características volt-ampere de elementos individuais e circuito em série, c — esquema de conexão paralela de resistores não lineares, d — características volt-ampère de elementos individuais e um circuito paralelo.

A presença dessa curva permite que a tensão U encontre a corrente Az, bem como as tensões U1 e U2 nos terminais dos resistores.

Da mesma forma, é realizado o cálculo do circuito elétrico com dois resistores conectados em paralelo. R1 e R2 com características de corrente-tensão I1 (U) e Az2 (U), para as quais foi construída a característica de corrente-tensão de todo o circuito Az(U), onde Az = I1+I2, sobre o qual, usando uma dada tensão U, encontre as correntes Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).

O método analítico para o cálculo de circuitos elétricos não lineares baseia-se na apresentação das características de tensão dos elementos não lineares por meio das equações das funções matemáticas correspondentes, que permitem elaborar as equações de estado necessárias para os circuitos elétricos .Como a solução de tais equações não lineares geralmente causa dificuldades significativas, o método analítico para calcular circuitos não lineares é conveniente quando as seções operacionais das características de tensão e corrente de elementos não lineares podem ser endireitadas. Isso permite descrever o estado elétrico do circuito por equações lineares que não criam dificuldades em resolvê-las.

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