電気回路の線形要素と非線形要素

線形要素

電流の電圧 I (U) への依存性、または電圧の電流 U (I) への依存性、および抵抗 R が一定である電気回路の要素は、電気回路の線形要素と呼ばれます。 。したがって、このような要素から構成される回路を線形電気回路と呼びます。

線形要素は、座標軸に対して特定の角度で原点を通過する直線に似た線形対称電流電圧特性 (CVC) によって特徴付けられます。これは、線形要素と線形電気回路について次のことを示しています。 オームの法則 厳重に遵守されています。

さらに、純粋にアクティブな抵抗 R を持つ要素だけでなく、線形インダクタンス L とキャパシタンス C についても話すことができます。ここで、磁束の電流依存性 - Ф (I) とコンデンサの電荷の依存性は、プレート間の電圧 — q (U)。

線形要素の主な例は次のとおりです。 コイル線抵抗器… 特定の動作電圧範囲でこのような抵抗を流れる電流は、抵抗の値と抵抗に印加される電圧に線形に依存します。

導体特性（電流電圧特性） — ワイヤに印加される電圧とワイヤ内の電流との関係 (通常はグラフとして表されます)。

たとえば、金属導体の場合、その中の電流は印加電圧に比例するため、特性は直線になります。線が急勾配であるほど、ワイヤの抵抗は低くなります。ただし、電流が印加電圧に比例しない一部の導体 (ガス放電ランプなど) は、より複雑な非線形の電流電圧特性を持ちます。

非線形要素

電気回路の要素について、電流の電圧への依存性、または電圧の電流への依存性、および抵抗 R が一定ではない場合、つまり、それらが電流または印加電圧に応じて変化する場合、そのような要素はは非線形と呼ばれ、したがって、少なくとも 1 つの非線形要素を含む電気回路は次のようになります。 非線形電気回路.

半導体ダイオードなどの非線形素子の電流-電圧特性はグラフ上で直線ではなくなり、非線形となり非対称になることがよくあります。オームの法則は、電気回路の非線形要素では満たされません。

これに関連して、白熱灯や半導体デバイスだけでなく、磁束 Φ と電荷 q がコイル電流またはコイル間の電圧と非線形に関係する非線形インダクタンスやコンデンサについても話すことができます。コンデンサのプレート。したがって、それらの場合、ウェーバーアンペア特性とクーロンボルト特性は非線形となり、表、グラフ、または解析関数によって設定されます。

非線形素子の例としては、白熱灯があります。ランプのフィラメントを流れる電流が増加すると、温度が上昇し、抵抗が増加します。これは、ランプのフィラメントが一定ではないことを意味し、したがって電気回路のこの要素は非線形になります。

静電気耐性

非線形素子の場合、I - V 特性の各点で特定の静的抵抗が特徴的であり、グラフの各点での各電圧対電流比には特定の抵抗値が割り当てられます。この点が折れ線グラフ上にあるかのように、水平 I 軸に対するグラフの傾きの角度 α の接線。

微分抵抗

非線形要素には、いわゆる微分抵抗もあり、これは、電圧の微小な増加と、対応する電流の変化の比として表されます。この抵抗は、特定の点における I - V 特性の接線と水平軸の間の角度の正接として計算できます。

このアプローチにより、単純な非線形回路の解析と計算が可能な限り簡単になります。

上図は、代表的な I - V 特性を示しています。 ダイオード…これは座標面の第 1 象限と第 3 象限に位置しており、ダイオードの pn 接合に正または負の電圧が (一方向または他方向に) 印加されると、順バイアスまたは逆バイアスが生じることがわかります。ダイオードのpn接合から。ダイオードの両端の電圧がいずれかの方向に増加すると、電流は最初はわずかに増加し、その後急激に増加します。このため、ダイオードは制御されていない非線形バイポーラ ネットワークに属します。

この図は、典型的な I - V 特性を持つファミリを示しています。 フォトダイオード さまざまな照明条件下で。フォトダイオードの主な動作モードは逆バイアスモードで、一定の光束Фの場合、かなり広い動作電圧範囲で電流は実質的に変化しません。これらの条件下では、フォトダイオードを照射する光束を変調すると、フォトダイオードを流れる電流も同時に変調されます。したがって、フォトダイオードは制御された非線形バイポーラデバイスです。

これはVACです サイリスタここでは、制御電極電流の大きさに明確に依存していることがわかります。第 1 象限 - サイリスタの動作セクション。第 3 象限では、I - V 特性の始まりは小さな電流と大きな印加電圧です (閉状態では、サイリスタの抵抗は非常に高くなります)。第 1 象限では、電流は高く、電圧降下は小さくなります。つまり、サイリスタは現在開いています。

閉状態から開状態への移行の瞬間は、制御電極に特定の電流が印加されるときに発生します。開状態から閉状態への遷移は、サイリスタを流れる電流が減少すると発生します。したがって、サイリスタは制御された非線形 3 極です (コレクタ電流がベース電流に依存するトランジスタと同様)。