3. Трансформация частотного спектра. Гармонические составляющие.

Наличие в цепи нелинейного элемента приводит к трансформации спектра тока и напряжения. В выходной цепи нелинейной системы, кроме синусоидального напряжения, частота которого равна частоте напряжения на входе, появляются ещё синусоидальные напряжения и токи, частоты которых отличны от подведенной частоты.

Предположим, что к какой-либо электрической цепи, обладающей нелинейной ВАХ, подводится синусоидальное напряжение с частотой В результате прохождения через нелинейную систему форма кривой напряжения изменилась, и на выходных зажимах появилось напряжение искаженной формы (рис.3.1.)

Представим полученную искаженную кривую напряжения в виде суммы синусоидальных кривых. На рис. 3.2.а видно, что она представляет собой алгебраическую сумму двух синусоидальных кривых различных частот: частоты и частоты Это можно проверить, складывая их ординаты для каждого момента времени с учетом направления тока.

В данном примере в результате прохождения сигнала через нелинейную систему на её выходе, кроме синусоидального напряжения основной частоты (частота входного сигнала) появилось ещё синусоидальное напряжение с утроенной частотой При искажении формы сигнала могут получиться и другие частоты. Так, например, если на входе системы действовало синусоидальное напряжение с частотой а напряжение на её выходе оказалось несинусоидальным и имеющим форму, показанную на рис. 3.2.б, то оно может быть представлено, как сумма синусоидальных напряжений: основной частоты и частоты, которая в пять раз превосходит основную, т.е. равную Кривая, изображенная на рис.3.2.в, может быть представлена как результат сложения двух синусоидальных кривых с частотами: основной и удвоенной - Мы рассмотрели несколько частных случаев, когда несинусоидальную кривую можно представить как сумму синусоидальных или гармонических составляющих. Такое представление называется разложением в тригонометрический ряд или ряд синусоидальных функций. В общем случае всякая периодически изменяющаяся несинусоидальная кривая может быть представлена в виде суммы нескольких синусоидальных кривых различных частот. Примером такого разложения в ряд является ряд Фурье.

4. Полупроводниковый диод.

Диодом называется электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока.

В АХ идеального диода изображена на рис. 4.1. ВАХ реального диода – на рис 4.2.

Рис. 4.1. ВАХ идеального диода Рис.4.2. ВАХ реального диода

Рассмотрим как на практике применяется нелинейная характеристика диода.

1. Выпрямители.

Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного называются выпрямителями. В большинстве случаев они включают в себя три главных элемента – это силовой трансформатор, непосредственно выпрямитель (вентиль) и фильтр для сглаживания. Диоды применяют в качестве вентилей, так как по своим свойствам они отлично подходят для этих целей.

Рис. 4.1.1 Однополупериодный выпрямитель: график напряжения по времени до выпрямления — одна из возможных схем выпрямителя — и график напряжения по времени после выпрямления.

Рис.4.1.2. Полный мост на четырёх диодах, широко известный как «двухполупериодный» выпрямитель.