Éléments linéaires et non linéaires du circuit électrique

Éléments linéaires

Les éléments du circuit électrique, pour lesquels la dépendance du courant à la tension I (U) ou de la tension au courant U (I), ainsi que la résistance R, sont constants, sont appelés éléments linéaires du circuit électrique . En conséquence, un circuit constitué de tels éléments est appelé circuit électrique linéaire.

Les éléments linéaires sont caractérisés par une caractéristique courant-tension (CVC) linéairement symétrique, qui ressemble à une ligne droite passant par l'origine à un certain angle par rapport aux axes de coordonnées. Cela montre que pour les éléments linéaires et pour les circuits électriques linéaires Loi d'Ohm strictement observé.

De plus, nous pouvons parler non seulement d'éléments à résistances purement actives R, mais également d'inductances linéaires L et de capacités C, où la dépendance du flux magnétique au courant - Ф (I) et la dépendance de la charge du condensateur au tension entre ses plaques — q (U).

Un excellent exemple d'élément linéaire est résistance de fil enroulé… Le courant traversant une telle résistance dans une certaine plage de tension de fonctionnement dépend linéairement de la valeur de la résistance et de la tension appliquée à la résistance.

Caractéristique du conducteur (caractéristique courant-tension) — la relation entre la tension appliquée au fil et le courant dans celui-ci (généralement exprimée sous forme de graphique).

Pour un conducteur métallique, par exemple, le courant qu'il contient est proportionnel à la tension appliquée, et donc la caractéristique est une ligne droite. Plus la ligne est raide, plus la résistance du fil est faible. Cependant, certains conducteurs dans lesquels le courant n'est pas proportionnel à la tension appliquée (par exemple, les lampes à décharge de gaz) ont une caractéristique courant-tension non linéaire plus complexe.

Éléments non linéaires

Si pour un élément d'un circuit électrique la dépendance du courant sur la tension ou la tension sur le courant, ainsi que la résistance R, ne sont pas constantes, c'est-à-dire qu'elles changent en fonction du courant ou de la tension appliquée, alors ces éléments sont appelés non linéaires et, par conséquent, un circuit électrique , contenant au moins un élément non linéaire, s'avère circuit électrique non linéaire.

La caractéristique courant-tension d'un élément non linéaire n'est plus une ligne droite sur le graphique, elle est non linéaire et souvent asymétrique, comme une diode à semi-conducteur. La loi d'Ohm n'est pas remplie pour les éléments non linéaires d'un circuit électrique.

Dans ce contexte, on peut parler non seulement d'une lampe à incandescence ou d'un dispositif à semi-conducteur, mais aussi d'inductances et de condensateurs non linéaires, où le flux magnétique Φ et la charge q sont liés de manière non linéaire au courant de la bobine ou à la tension entre les plaques du condensateur. Par conséquent, pour eux, les caractéristiques Weber-ampère et les caractéristiques Coulomb-volt seront non linéaires, elles sont fixées par des tableaux, des graphiques ou des fonctions analytiques.

Un exemple d'élément non linéaire est une lampe à incandescence. Lorsque le courant à travers le filament de la lampe augmente, sa température augmente et la résistance augmente, ce qui signifie qu'elle n'est pas constante et donc cet élément du circuit électrique est non linéaire.

Résistance statique

Pour les éléments non linéaires, une certaine résistance statique est caractéristique à chaque point de leur caractéristique I — V, c'est-à-dire que chaque rapport tension/courant à chaque point du graphique se voit attribuer une certaine valeur de résistance. Elle peut être calculée comme la tangente de l'angle alpha de la pente du graphique à l'axe I horizontal comme si ce point se trouvait sur un graphique linéaire.

Résistance différentielle

Les éléments non linéaires ont également une résistance dite différentielle, qui est exprimée comme le rapport d'une augmentation infinitésimale de la tension à la variation correspondante du courant. Cette résistance peut être calculée comme la tangente de l'angle entre la tangente à la caractéristique I — V en un point donné et l'axe horizontal.

Cette approche rend l'analyse et le calcul de circuits non linéaires simples aussi simples que possible.

La figure ci-dessus montre la caractéristique I — V d'un diode… Il est situé dans les premier et troisième quadrants du plan de coordonnées, cela nous indique qu'avec une tension positive ou négative appliquée à la jonction pn de la diode (dans un sens ou dans l'autre), il y aura une polarisation directe ou inverse de la jonction pn de la diode. Lorsque la tension aux bornes de la diode augmente dans les deux sens, le courant augmente initialement légèrement, puis augmente fortement. Pour cette raison, la diode appartient à un réseau bipolaire non linéaire non contrôlé.

Cette figure montre une famille avec des caractéristiques I — V typiques. photodiode sous différentes conditions d'éclairage. Le mode de fonctionnement principal de la photodiode est le mode de polarisation inverse, lorsqu'à un flux lumineux constant Ф le courant ne change pratiquement pas dans une plage assez large de tensions de fonctionnement. Dans ces conditions, la modulation du flux lumineux éclairant la photodiode se traduira par une modulation simultanée du courant traversant la photodiode. Ainsi, la photodiode est un dispositif bipolaire non linéaire contrôlé.

C'est VAC thyristor, vous pouvez voir ici sa dépendance claire à l'amplitude du courant d'électrode de commande. Dans le premier quadrant — la section de travail du thyristor. Dans le troisième quadrant, le début de la caractéristique I — V est un petit courant et une grande tension appliquée (à l'état fermé, la résistance du thyristor est très élevée). Dans le premier quadrant, le courant est élevé, la chute de tension est faible - le thyristor est actuellement ouvert.

Le moment de transition de l'état fermé à l'état ouvert se produit lorsqu'un certain courant est appliqué à l'électrode de commande. Le passage de l'état ouvert à l'état fermé se produit lorsque le courant traversant le thyristor diminue.Ainsi, le thyristor est un tripolaire non linéaire commandé (comme un transistor où le courant de collecteur dépend du courant de base).