Перейти к содержанию

Главное меню:

Территория электротехнической информации WEBSOR

Найти

Нелинейные двухполюсники и четырехполюсники

Основы > Теоретические основы электротехники

Нелинейные двухполюсники и четырехполюсники

Все рассмотренные выше нелинейные элементы могут быть представлены в виде резистивных
u(i), индуктивных Ф(i) и емкостных q(u) двухполюсников. Характеристики резистивных двухполюсников приведены в табл. 1.
Каждый нелинейный резистивный двухполюсник или элемент (НЭ) обозначается на схеме так, как показано на рис. 22.4. Он характеризуется предельно допустимой рассеиваемой мощностью
, которая зависит от условий его охлаждения. Установкой специальных теплоотводящих устройств предельно допустимая мощность может быть увеличена. Нелинейный резистивный двухполюсник характеризуется сопротивлениями, зависящими от напряжения или тока:
статическим



и дифференциальным



В зависимости от участка характеристики, на котором работает нелинейный резистор, применяются различные схемы замещения резистора, справедливые только для данного участка характеристики.

Вблизи рабочей точки характеристики (точка А на рис. 22.5, а) с координатами нелинейную зависимость I (U) можно разложить в ряд Тейлора:



Если рабочая точка находится на линейном участке, как на рис. 22.5, а, то можно ограничиться только первыми двумя членами ряда и вблизи рабочей точки характеристики описать уравнением



Нелинейный резистивный элемент имеет для этого линейного участка характеристики в качестве схемы замещения линейный активный двухполюсник (рис. 22.5, б) с входным сопротивлением
и источником ЭДС .
В отличие от линейных резистивных четырехполюсников (см. раздел сайта) у нелинейных четырехполюсников параметры не могут быть заданы тремя или четырьмя постоянными величинами, а задаются двумя семействами экспериментальных характеристик. Для нелинейных резистивных четырехполюсников наибольшее распространение получило задание параметров семействами входных и выходных характеристик, снимаемых при различных значениях тока или напряжения на второй паре выводов четырехполюсника. В отличие от проходных линейных четырехполюсников, у которых к первичным выводам подключается источник, а к вторичным - приемник, у нелинейных четырехполюсников большей частью как к первичным, так и к вторичным выводам подключаются источники и выбираются указанные на рис. 22.6 положительные направления токов
и напряжений . Один из первичных и вторичных выводов четырехполюсника (например, 1' и 2') обычно является общим, и по существу четырехполюсник является трехполюсником, что показывает штриховая линия на рис. 22.6).
Входные характеристики выражаются семейством функции
при различных значениях или , а выходные - семейством при различных значениях или . В табл. 2. приведены семейства таких характеристик для различных нелинейных четырехполюсников. Наибольшее значение имеют выходные характеристики. Входные характеристики часто мало зависят от напряжения или тока на выходе, а иногда сливаются с одной из осей координат, так как токи или напряжения на входе весьма малы. К нелинейным четырехполюсникам условно можно отнести фотодиоды и фототранзисторы, ток которых зависит от управляющего светового потока Ф.


Таблица 2. Характеристики нелинейных четырехполюсников и управляемых двухполюсников

Наименование

Обозначение

Пример характеристик

Электронная лампа
а - анод
с - сетка
k - катод

Биполярный транзистор
К - коллектор
Б - база


Полевой транзистор
С - сток
З - затвор
И - исток


Тиристор (тринистор)


Фотодиод


Фототранзистор





Электронная лампа, транзистор и тиристор по существу являются трехполюсниками. Однако один из этих полюсов можно считать общим и относительно этого полюса определять напряжения двух других полюсов, т. е. нелинейный элемент рассматривать как четырехполюсник. В табл. 2. в качестве общего полюса приняты: катод для электронной лампы и тиристора, эмиттер для биполярного транзистора и исток для полевого транзистора.
Все приведенные в табл. 2. нелинейные четырехполюсники пассивные, так как они не обладают источниками электроэнергии и напряжение на входе и выходе равно нулю, если к этим выводам не подсоединены источники.
Режим нелинейного четырехполюсника при равенстве нулю токов на входе и выходе называется режимом двойного холостого хода. Для фотодиодов и фототранзисторов таким режимом является равенство нулю светового потока Ф, освещающего элемент, и тока на выводах. Обычно нелинейные четырехполюсники рассматриваются совместно с источниками питания постоянного напряжения, включаемыми в первичную и вторичную цепи, и в этом случае их называют неавтономными активными элементами цепи. Характеристики - безынерционные (не зависящие от частоты в допустимом диапазоне частот).
Каждый из нелинейных четырехполюсников характеризуется предельным значением напряжения
, которое допустимо подводить из условия пробоя изоляции, и предельными по условиям нагрева значениями тока и мощности потерь в элементе.
Рабочая область выходной характеристики четырехполюсника ограничивается значениями
(рис. 22.7).

Нелинейные двухполюсники и четырехполюсники часто включаются в цепь с источниками как постоянного, так и переменного напряжения. При этом амплитуды переменных токов и напряжений бывают достаточно малы, поэтому можно линеаризовать нелинейную характеристику так, как это сделано для двухполюсников на рис. 22.5.
Таким образом, при малых отклонениях от рабочей точки для переменных составляющих токов, напряжений, магнитных потоков и зарядов в нелинейных цепях могут быть построены эквивалентные линейные схемы, дающие возможность для некоторой области переменных составляющих приближенно провести расчет цепи.
Анализ нелинейной цепи в этом случае распадается на три этапа: 1) определение рабочих точек на характеристиках нелинейных элементов; 2) определение дифференциальных параметров нелинейных элементов и составление эквивалентной линейной схемы замещения; 3) определение переменных составляющих режима, которое производится методами теории линейных цепей.


Назад к содержанию | Назад к главному меню