Экзаменационные вопросы по курсу ТОЭ (III часть)
группы Эл -1,3,5,6,8 – 09
Нелинейные резистивные электрические цепи постоянного тока. Нелинейные резистивные элементы (лампа накаливания, бареттер, стабилитрон, диод).
Рассмотрим анализ цепей, содержащих нелинейные резистивные элементы (НЭ), при действии постоянных э.д.с. (источников напряжения или тока). К ним относятся: лампы накаливания, термисторы, тиритовые элементы, бареттеры, электрическая дуга, ртутные вентили, полупроводниковые вентили, стабилитроны, лампы с тлеющим разрядом и т.д.
Однако существуют элементы, нелинейность характеристик которых выражена весьма резко. Цепи, содержащие хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейные цепи. Нелинейные цепи обладают рядом новых свойств, которые отсутствуют для линейных цепей. Особые свойства нелинейных цепей становятся ещё многообразнее при переменных токах и напряжениях. Так использование несимметричных нелинейных элементов, обладающих односторонней проводимостью, дают возможность осуществить выпрямление переменного тока. В линейных цепях невозможна стабилизация тока или напряжения (т.е. нулевая чувствительность выходных параметров к изменению параметров входного сигнала), скачкообразное изменение амплитуды или частоты колебаний выходных токов и напряжений при относительно небольших изменениях параметров входного сигнала, инвертирование, преобразование частоты, бесконтактное переключение и т.д. Весьма важным обстоятельством является возможность неустойчивых состояний в нелинейных цепях, которые при соответствующих условиях приводят к возбуждению незатухающих колебаний.
При этом характеристика, снятая при медленном изменении тока или напряжения может отличаться от характеристики, снятой при быстром изменении. Характерной особенностью некоторых нелинейных элементов при переменном токе является значительная их инерционность. Такими инерционными нелинейными элементами являются лампы накаливания. При изменении тока в лампе, например, с частотой f=50 Гц, температура нити практически не меняется в течение одного периода, соответственно сопротивление лампы остается неизменным. Поэтому при неизменном действующем значении синусоидального тока форма кривой напряжения повторяет форму кривой тока. Однако при изменении действующего значения тока температура нити накала изменяется и, следовательно, меняется сопротивление лампы. Отношение действующих значений напряжения и тока на элементе оказывается другим, но форма тока и напряжения – синусоидальные. Поэтому характеристика для действующих значений U=F(I) для лампы нелинейная.
Безинерционные нелинейные элементы являются нелинейными как в отношении действующих значений, так и в отношении мгновенных значений тока и напряжения. При периодических процессах кривые тока и напряжения в них имеют различную форму. Поэтому нелинейная характеристика U=F(I), связывающая действующие значения тока и напряжения в таких элементах зависит от формы кривых мгновенных значений тока и напряжения. Для безинерционных элементов статические характеристики (снятые при постоянных токах и напряжениях) практически совпадают с динамическими (снятыми при переменных токах и напряжениях).
Характеристики нелинейных элементов может быть монотонной и немонотонной, симметричной и несимметричной, однозначной и неоднозначной
На рис. 8.5 и рис. 8.6 показаны вольтамперные характеристики нелинейных резистивных элементов бареттера и стабилитрона, применяемых в схемах стабилизации тока и напряжения.
|
|
Рис. 8.3 Рис. 8.4