Методичні вказівки

Будь-який елемент електричного кола (як джерело, так і приймач) характеризується ВАХ, тобто залежністю напруги на затискачах елемента від струму, що протікає через цей елемент, або оберненою залежністю струму від напруги . Елементи кола, ВАХ яких є прямими лініями (рис.5.5,а), називають лінійними, а електричні кола, які складаються тільки з лінійних елементів - лінійними електричними колами. Елементи кола, ВАХ яких не є прямою лінією (рис.5.5,б), називаються нелінійними елементами, а електричні кола, в яких є хоч один нелінійний елемент - нелінійними електричними колами.

I I

U U

Рис.5.5,а Рис.5.5,б

Вивчаючи даний розділ, треба звернути увагу на те, що нелінійні елементи електричних кіл можна розбити, залежно від їх характеристик, на дві основні групи: симетричні і несиметричні.

Симетричними називають нелінійні елементи, ВАХ яких не залежить від напряму струму в них і напруги на їх затискачах. До числа таких елементів належать лампи розжарювання, баретери, терморезистори. На рис 5.6,а зображено ВАХ: 1, 2 - лампа розжарювання з вугільною і металевою ниткою, 3 - баретер, 4 - терморезистор.

Несиметричними називають нелінійні елементи, у яких ВАХ неоднакові при різних напрямах струму і напруги на затискачах. Для прикладу таких нелінійних елементів можна назвати електричну дугу з різнорідними електродами (мідь - вугілля, залізо - ртуть), тріоди і діоди (лампові і напівпровідникові). На рис.5.6,б 1- діод, 2 - електрична дуга.

Слід пам’ятати, що властивості нелінійного опору можуть бути охаракте-

34

ризовані або його ВАХ, або залежностями статичного і динамічного опорів від струму (напруги).

Статичний опір характеризує поведінку нелінійного опору в режимі сталого струму. Він дорівнює відношенню напруги на нелінійному опорі до струму, що протікає через нього.

І I

2

-4 -1

2 1

3

U U

а б

Рис.5.6

Рис. 5.7

На рис.5.7 показана ВАХ нелінійного елемента, побудована в масштабах для струму m_i і напруги m_u. Якщо робочий режим елемента заданий точкою а, то відношення напруги (відрізок ab) до струму (відрізок ob), визначає статичний опір R_cт в точці а в деякому масштабі . З цього рисунку видно, що R_cт чисельно дорівнює тангенсу кута нахилу прямої, проведеної з початку координат в дану точку характеристики, помноженому на відношення масштабів по осям.

35

Динамічним опором називається відношення приросту напруги на нелінійному елементі до приросту струму в ньому, тобто це є похідна

чисельно дорівнює тангенсу кута нахилу дотичної до ВАХ в даній точці, помноженому на відношення масштабів по осях. Він характеризує поведінку нелінійного опору при достатньо малих відхиленнях від попереднього стану. Слід звернути увагу на те, що R_cт і R_д змінюються при переході від однієї точки характеристики до іншої. Опір R_cт завжди додатний; R_д додатний, якщо робоча точка лежить на висхідній частині ВАХ і від’ємний, якщо вона лежить на спадній частині ВАХ.

Необхідно пам’ятати, що процеси в нелінійному електричному колі, як і в лінійному, описуються сукупністю рівнянь, складених за першим і другим зако-нами Кірхгофа. Відповідно і правила складання цих рівнянь однакові для лінійних і нелінійних кіл. Але у випадку нелінійних кіл рівняння будуть нелінійними і методи їх розв’язання мають свою специфіку. Для аналітичного розв’язання рівнянь необхідно, щоб характеристики всіх нелінійних елементів були задані аналітично. Аналітичне розв’язання значно ускладнене, оскільки аналітичний вираз для ВАХ може бути складний: в загальному випадку він можливий за допомогою наближених методів або за допомогою обчислювальних машин. Тому виявляють інтерес графічні і графоаналітичні методи розв’язання рівнянь, в яких використовуються ВАХ нелінійних елементів, одержаних в ході експерименту і заданих у вигляді графіків або таблиць.

У ході виконання лабораторної роботи потрібно опанувати графічний метод розрахунку найпростішого нелінійного кола, яке містить три нелінійні опори при їх послідовному, паралельному та змішаному з’єднанні.

Лабораторна робота № 6