1.2.4.5. Метод суперпозиції.

Метод суперпозиції (накладання) оснований на принципі незалежності дії ЕРС. Відповідно з цим принципом струм в будь–якій вітці кола з постійними опорами можна уявити як суму часткових струмів, створених в цій вітці кожною з ЕРС окремо.

Розрахунок складного кола за цим методом виконується, поклавши всі ЕРС, крім однієї, рівними нулю. При цьому зберігають незмінними всі опори кола (включаючи опори джерел живлення, ЕРС яких покладені рівними нулю). Для отриманої схеми вже простого кола визначаються струми в усіх вітках.

Такий розрахунок виконується стільки разів, скільки ЕРС діє в колі, що досліджується. Реальний струм в кожній вітці визначається як алгебраїчна сума знайдених часткових струмів.

Відзначимо, що метод суперпозиції можна застосовувати тільки для електричних кіл, в яких опори не залежать від струмів, що по них протікають (нагадаємо, що такі опори називаються лінійними).

1.3. Нелінійні опори в колах постійного струму.

Н агадаємо, що в лінійних опорах залежність струму I, що проходить через лінійний опір R від величини прикладеної напруги U лінійна. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) I(U) уявляє собою пряму лінію, що проходить через початок координат (рис. 1.4-а, 1.30). Кола, що містять тільки лінійні елементи, називаються лінійними. Наявність у схемі хоча б одного нелінійного елемента відносить її до класу нелінійних.

Строго кажучи, всі елементи є нелінійними. Можливість розглядати їх як лінійні для спрощення математичного опису і аналізу процесів, визначається межами і характером зміни їх параметрів. Тобто мова йде не про реальні елементи, а їх моделі, що використовуються в аналізі за певних припущень, і відповідають реальним елементам з деякою мірою адекватності, достовірності і точності.

В сучасних схемах автоматики, в радіотехнічних пристроях широко застосовуються також нелінійні опори. Відміна нелінійного опору є залежність його величини від струму, що протікає по ньому, або від прикладеної до нього напруги U.

Приклад – лампа розжарювання, оскільки опір нитки розжарювання залежить від температури і, відповідно, від струму, що протікає по ній.

Більш яскраво виражений нелінійний характер у спеціальній лампі – баретера. В такій лампі струм проходить через сталеву нитку, розміщену в скляному балоні, заповненому воднем.

В ольт-амперна характеристика баретера має вид, наведений на рис. 1.31.

З наведеної ВАХ видно, що при зміні прикладеної напруги від U₁ до U₂ струм в колі баретера майже не змінюється. Ця властивість баретера використовується для стабілізації струму в електричному колі при умові непостійності напруги джерела живлення.

Залежно від виду характеристик розрізняють нелінійні елементи з симетричними і несиметричними характеристиками. Симетричною називається характеристика, не залежна від напряму визначальних її величин, тобто що має симетрію відносно початку системи координат. Для несиметричної характеристики ця умова не виконується. Прикладом елемента з несиметричною характеристикою є тунельний діод, який розглядатиметься далі. Наявність у нелінійного елементу симетричної характеристики дозволяє у цілому ряді випадків спростити аналіз схеми, здійснюючи його в межах одного квадранта. В цьому підрозділі розглядатимуться елементи із симетричною характеристикою.

При розрахунку простих кіл з нелінійними опорами використовують графоаналітичні методи, що ґрунтуються на застосуванні законів Кірхгофа і заданих вольт-амперних характеристиках (ВАХ)¹.