4.2. Примеры нелинейных элементов и их вольтамперных характеристик

Зарисуем некоторые типы наиболее часто встречающихся вольтамперных характеристик неуправляемых нелинейных элементов (рис. 4.1).

Вольтамперные характеристики типа показанных на рис. 4.1а имеют, например, лампы накаливания с металлической нитью. Чем больше протекающий через них ток, тем сильнее нагревается нить и тем больше становится ее сопротивление.

Вольтамперные характеристики типа показанных на рис. 4.1б имеют тиритовые и вилитовые сопротивления, некоторые типы терморезисторов и лампы накаливания с угольной нитью. Сопротивление таких элементов с ростом тока уменьшается.

Вольт-амперной характеристикой типа, изображенной рис. 4.1в, обладает бареттер, который используется в цепях стабилизации тока накала электронных ламп.

Для этих характеристик справедливо условие: f(I) = – f(–I). Такие нелинейные элементы называются элементами с симметричной вольт-амперной характеристикой.

Вольтамперная характеристика, представленная на рис. 4.1г несимметрична. Ею обладают полупроводниковые диоды. На рис. 4.1д изображена вольтамперная характеристика туннельного диода, на рис. 4.1е – вольтамперная характеристика динистора (неуправляемого тиристора).

4.3. Основные явления в нелинейных цепях и их особенности

В нелинейных цепях могут быть получены явления принципиально недостижимые в линейных цепях. Более того, на нелинейности цепи основывается принцип действия устройства.

С помощью нелинейного элемента возможно усиление мощности сигнала (рис. 4.2).

Нелинейный элемент включен в цепь нагрузки R_н и источника ЭДС E достаточно большой мощности. В зависимости от сопротивления нелинейного элемента в сопротивлении R_н будет меняться ток и, соответственно, выделяемая мощность. Сопротивлением нелинейного элемента управляет входной сигнал, обычно имеющий много меньшую мощность.

При определенном соотношении параметров нелинейной цепи могут возникнуть самовозбуждающиеся колебания (автоколебания). Выходное напряжение или ток при этом будут иметь заданную форму. Следовательно, можно генерировать сигналы.

Напряжение на некоторых нелинейных элементах слабо зависит от величины протекающего тока, или наоборот ток практически не зависит от приложенного напряжения. На таких элементах можно получить стабилизацию напряжения или тока.

С помощью нелинейных элементов можно получать функциональные преобразования, т.е. получать определенную зависимость между входной и выходной величинами, например, U₁ = k lg U₂. Так характеристика полупроводникового диода в прямом направлении выражается зависимостью U_д = a lg I_д.

При плавном изменении входной величины может происходить скачкообразное изменение выходной величины. Возникает так называемый релейный эффект. Примером могут служить триггеры.

Гистерезисные явления в нелинейных элементах дают возможность запоминать сигнал. В качестве примера можно привести запоминающие устройства на основе явления остаточного магнетизма, триггеры Шмидта.

При питании нелинейного элемента от источника синусоидальной ЭДС возникают токи различных частот, которые можно выделить и использовать в качестве вторичных источников других частот, т.е. производить спектральное изменение входного сигнала.