Elemen linier dan nonlinier suatu rangkaian listrik. Elemen nonlinier dan karakteristiknya Rangkaian nonlinier L11

Elemen nonlinier adalah semua perangkat semikonduktor dan elektronik yang bekerja dengan sinyal yang nilai sesaatnya bervariasi dalam rentang yang cukup luas. Untuk lebih spesifiknya, kami akan mempertimbangkan jaringan dua terminal nonlinier, ketika sinyal masukan berupa tegangan dan sinyal keluaran berupa arus
dalam dirinya. Semua metode dan hasil dapat ditransfer ke kasus jaringan empat terminal nonlinier, misalnya transistor yang beroperasi dalam mode nonlinier pada amplitudo sinyal masukan yang besar. Di sini rangkaian keluaran diwakili oleh sumber arus yang dikendalikan oleh tegangan masukan. Ciri elemen nonlinier membentuk hubungan nonlinier fungsional antara tegangan
dan kekuatan saat ini
dalam dirinya:

(2.1)

DI DALAM elemen inersia nilai arus sesaat
tidak hanya bergantung pada nilai tegangan
pada saat yang sama , tetapi juga pada nilai tegangan ini pada waktu sebelumnya. Bebas inersia elemen-elemennya, sebenarnya, tidak ada. Kondisi bebas inersia dilakukan kira-kira jika waktu karakteristik perubahan sinyal masukan secara signifikan melebihi waktu pembentukan proses di dalam elemen nonlinier itu sendiri. Waktu untuk mencapai kondisi stabil pada perangkat semikonduktor adalah
Dengan.

Inersia perangkat dapat dikaitkan dengan inersia pembawa arus. Ketika frekuensi osilasi meningkat, hal itu mulai terwujud ketika waktu perjalanan pembawa melalui perangkat menjadi sebanding dengan periode osilasi. Inersia tersebut memanifestasikan dirinya dalam terjadinya penundaan (pergeseran) fase arus keluaran relatif terhadap tegangan masukan, perubahan resistansi masukan dan keluaran aktif dan transformasinya menjadi kompleks, dll. amplifier dan daya keluaran generator biasanya menurun. Jenis inersia yang khas adalah inersia termal dalam perubahan suhu, dan oleh karena itu, dalam resistansi termistor. Hanya pada frekuensi osilasi yang cukup rendah suhu elemennya dapat mengikuti nilai tegangan sesaat. Misalnya sudah pada suatu frekuensi
Resistansi Hz dari filamen lampu pijar hampir tidak memiliki waktu untuk berubah, sehingga menjamin penerangan yang seragam. Elemen inersia serupa digunakan dalam generator osilasi harmonik untuk meningkatkan karakteristiknya.

Perhitungan perangkat inersia nonlinier dapat disederhanakan jika dapat direpresentasikan dengan menghubungkan dua perangkat yang lebih sederhana: perangkat bebas inersia nonlinier dan perangkat inersia linier (filter). Pendekatan ini dapat digunakan, misalnya, untuk menghitung penguat resonansi atau bandpass pada amplitudo sinyal input yang besar. Biarkan elemen aktif penguat (transistor atau tabung vakum) direpresentasikan sebagai perangkat nonlinier bebas inersia, dan distorsi nonlinier pada beban pasifnya (rangkaian osilasi atau sistem rangkaian berpasangan) dapat diabaikan. Beban yang mengandung elemen reaktif didekati dengan perangkat inersia linier.

Elemen nonlinier, sebagaimana telah disebutkan, adalah semua perangkat semikonduktor dan elektronik yang beroperasi dengan sinyal masukan yang cukup besar. Pada frekuensi rendah, rangkaian ekivalen perangkat ini dapat direpresentasikan dalam bentuk elemen nonlinier resistif, yang fitur-fiturnya ditentukan oleh karakteristik arus-tegangan, yaitu ketergantungan arus pada tegangan yang diberikan arus yang mengalir melalui elemen resistif ditentukan oleh karakteristik tegangan-tegangan pada titik waktu yang sama. Oleh karena itu, elemen nonlinier resistif disebut juga elemen nonlinier bebas inersia.

Pada frekuensi yang cukup tinggi, karakteristik elemen nonlinier bergantung pada frekuensi. Ketergantungan ini disebabkan oleh:

kesepadanan waktu yang dihabiskan untuk pergerakan pembawa melalui perangkat dan proses rekombinasi dengan periode osilasi yang mempengaruhinya. Jika durasi proses ini merupakan bagian nyata dari periode osilasi, arus keluaran perangkat tertinggal satu fase dengan sinyal masukan, yaitu perangkat menjadi inersia. Kelambanan perangkat sering kali diperhitungkan

pengenalan reaktansi tambahan yang bergantung pada frekuensi ke dalam rangkaian ekivalen.

Karakteristik statis perangkat elektronik (diukur pada arus searah) cukup mencirikan perangkat hanya dalam frekuensi yang dapat dianggap resistif, yaitu bebas inersia. Pada Gambar. Gambar 2.1 menunjukkan karakteristik tegangan arus dari resistor nonlinier tipikal dan simbolnya: dioda semikonduktor (a) dan terowongan (b), transistor bipolar dan efek medan, dinistor. Karakteristik tabung elektronik (dioda, trioda, tetroda, pentoda) mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar.

Karakteristik dapat bernilai tunggal atau bernilai banyak. Dalam nilai tunggal, setiap nilai argumen sesuai dengan satu nilai fungsi untuk nilai parameter tertentu (Gbr. 2.1 a, c-e). Untuk yang terakhir, beberapa nilai dari satu kuantitas sesuai dengan beberapa nilai kuantitas lainnya (Gbr. 2.16, f). Perhatikan bahwa karakteristik histeresis memiliki banyak nilai.

Elemen nonlinier dibagi menjadi terkontrol dan tidak terkontrol. Yang pertama mencakup perangkat multielektroda yang memiliki input dan output terpisah (transistor, perangkat elektronik grid atau ion), karena karakteristik output di dalamnya dapat dikontrol dengan mengubah efek input. Perangkat dua elektroda (dioda) tidak dapat dikontrol.

Jika suatu ketergantungan (langsung) diketahui, maka ketergantungan tersebut disebut terbalik. Jadi, karakteristik langsung berhubungan dengan kebalikannya

Perangkat yang mempunyai daerah turun pada karakteristik arus-tegangan, dimana turunannya atau disebut perangkat dengan resistansi negatif. Bergantung pada huruf apa yang menyerupai bentuk karakteristik perangkat, dua jenis resistansi negatif dibedakan: -tipe resistansi, jenis karakteristik arus-tegangan yang mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar. 2.16; mereka juga disebut resistansi negatif yang dikontrol tegangan, karena teganganlah yang secara unik menentukan mode operasinya; Resistansi tipe S, karakteristik arus-tegangan yang sesuai dengan Gambar. 2.1e; mereka juga disebut resistensi negatif yang dikendalikan oleh arus, karena modusnya ditentukan secara unik oleh arus yang mengalir melalui perangkat. Jika pada Gambar. menukar sumbu koordinat, maka ciri-ciri alat ini akan berbentuk berbentuk. Resistensi diferensial dari kedua jenis elemen adalah negatif di area tersebut dan positif di luarnya. -perangkat tipenya adalah dioda terowongan, dioda Gunn, lampu dengan efek dinatron; -perangkat tipe - beberapa perangkat ionik (gastron, lampu neon) dan semikonduktor (dinistras, thyristor, dioda penerbangan longsoran).

Untuk menghitung rangkaian dengan elemen nonlinier, digunakan metode grafis, analitis, dan mesin. Keuntungan metode grafis adalah kemampuan untuk menentukan secara visual arus dan tegangan dalam suatu rangkaian untuk parameter tertentu. Namun, solusi grafis tidak memungkinkan pembentukan hubungan analitis antara perubahan parameter perangkat dan nilai arus dan tegangannya, menentukan nilai parameter optimal, dll. Metode analitik memastikan pembentukan ketergantungan tersebut, dan ini adalah keuntungan utama mereka. Saat menganalisis rangkaian kompleks, terutama dengan akurasi tinggi, solusi analitis menjadi sangat rumit atau praktis tidak mungkin. Kemudian metode penelitian mesin digunakan.

Mari kita tentukan secara grafis (Gbr. 2.2) arus yang mengalir melalui elemen nonlinier resistif di bawah pengaruh tegangan

Metode proyeksi yang digunakan untuk ini adalah sebagai berikut: kita memperhatikan nilai-nilai pada grafik dan pada berbagai momen kemudian, dengan menggunakan karakteristik arus-tegangan, kita menemukan nilai arus yang sesuai dan memplot bidangnya

Selubung yang terakhir memberikan ketergantungan. Lebih mudah untuk memulai konstruksi dengan menentukan arus pada momen yang sesuai dengan nilai tegangan maksimum, minimum dan rata-rata dan baru kemudian menemukan nilai arus antara. Ketika terkena sinyal harmonik (2.1), arus berubah menjadi fungsi periodik dengan frekuensi yang sama tetapi bentuknya berbeda.

Jika kecanduan kamu(SAYA) atau SAYA(kamu linier dan resistansinya R adalah konstan ( R =c pertama ) , lalu seperti ini elemen ditelepon linier (LE) , dan rangkaian listrik yang terdiri hanya dari elemen linier – rangkaian listrik linier .

Karakteristik I-V dari elemen linier simetris dan merupakan garis lurus yang melalui titik asal koordinat (Gbr. 16, kurva 1). Jadi, hukum Ohm dipenuhi dalam rangkaian listrik linier.

Jika kecanduan kamu(SAYA) atau SAYA(kamu) setiap elemen rangkaian listrik Bukan linier, dan resistansinya bergantung pada arus di dalamnya atau tegangan pada terminalnya ( R ≠s pertama ) , lalu seperti ini elemen ditelepon Bukan linier (NE) , dan sirkuit listrik, jika tersedia setidaknya satu elemen nonlinier - rangkaian listrik nonlinier .

Karakteristik arus-tegangan elemen nonlinier tidak lugas, dan terkadang bisa asimetris, misalnya, pada perangkat semikonduktor (Gbr. 16, kurva 2, 3, 4). Jadi, pada rangkaian listrik nonlinier hubungan antara arus dan tegangan tidak patuh Hukum Ohm.

Beras. 16. Karakteristik arus-tegangan elemen linier dan nonlinier:

kurva 1– CVC LE (resistor); kurva 2– CVC NE (lampu pijar dengan filamen logam); kurva 3– CVC NE (lampu pijar dengan filamen karbon;

kurva 4– CVC dari NE (dioda semikonduktor)

Contoh elemen linier adalah penghambat.

Contoh elemen nonlinier adalah: lampu pijar, termistor, dioda semikonduktor, transistor, lampu pelepasan gas, dll. Simbol NE ditunjukkan pada Gambar. 17.

Misalnya, dengan peningkatan arus yang mengalir melalui filamen logam lampu listrik, pemanasannya meningkat, dan akibatnya resistansinya meningkat. Dengan demikian, hambatan lampu pijar tidaklah konstan.

Perhatikan contoh berikut. Tabel diberikan dengan nilai resistansi elemen pada berbagai nilai arus dan tegangan. Manakah dari tabel yang sesuai dengan elemen linier, yang mana dengan elemen nonlinier?

Tabel 3

Tabel 4

Jawab pertanyaannya: Grafik manakah yang menunjukkan hukum Ohm? Elemen manakah yang sesuai dengan grafik ini?

1 2 3 4

Apa yang dapat Anda katakan tentang grafik 1, 2 dan 4? Elemen apa yang menjadi ciri grafik ini?

Elemen nonlinier pada setiap titik karakteristik tegangan-arus dicirikan oleh resistansi statis, yang sama dengan rasio tegangan terhadap arus yang sesuai dengan titik ini (Gbr. 18). Misalnya saja untuk suatu hal A :

.

Selain resistansi statis, elemen nonlinier dicirikan oleh resistansi diferensial, yang dipahami sebagai rasio kenaikan tegangan yang sangat kecil atau sangat kecil ∆U dengan kenaikan ∆I yang sesuai (Gbr. 18). Misalnya saja untuk suatu hal A Karakteristik arus-tegangan dapat ditulis

Di mana β – sudut kemiringan garis singgung yang melalui suatu titik A .

Rumus-rumus ini menjadi dasar metode analitik untuk menghitung rangkaian nonlinier paling sederhana.

Mari kita lihat contohnya. Jika hambatan statik suatu elemen nonlinier pada tegangan U 1 = 20 V sama dengan 5 Ohm, maka kuat arus I 1 adalah ...

Resistansi statis elemen nonlinier pada arus 2 A adalah ...

Kesimpulan dari pertanyaan ketiga: membedakan elemen linier dan nonlinier suatu rangkaian listrik. Hukum Ohm tidak berlaku pada unsur nonlinier. Elemen nonlinier dicirikan pada setiap titik karakteristik tegangan arus dengan resistansi statis dan terdiferensiasi. Elemen nonlinier mencakup semua perangkat semikonduktor, lampu pelepasan gas, dan lampu pijar.

Soal No. 4. Metode grafis untuk menghitung nonlinier

rangkaian listrik (15 menit)

Untuk menghitung rangkaian listrik nonlinier digunakan metode perhitungan grafis dan analitik. Metode grafis lebih sederhana dan kami akan mempertimbangkannya lebih detail.

Biarkan sumber EMF E dengan resistensi internal R 0 menyuplai dua elemen nonlinier atau resistansi yang dihubungkan secara seri NS1 Dan NS2 . Diketahui E , R 0 , karakteristik arus-tegangan 1 NS1 dan karakteristik arus-tegangan 2 NS2. Hal ini diperlukan untuk menentukan arus dalam rangkaian SAYA N

Pertama kita membangun karakteristik arus-tegangan dari elemen linier R 0 . Ini adalah garis lurus yang melalui titik asal. Tegangan U yang jatuh pada resistansi rangkaian ditentukan oleh ekspresi

Untuk membangun ketergantungan kamu = F ( SAYA ) , perlu menambahkan secara grafis karakteristik tegangan-arus 0, 1 Dan 2 , menjumlahkan ordinat yang bersesuaian dengan satu absis, lalu absis lainnya, dan seterusnya. Kami mendapatkan kurva 3 , yang merupakan karakteristik arus-tegangan dari keseluruhan rangkaian. Saya menggunakan karakteristik tegangan arus ini dan mencari arus di rangkaian SAYA N , sesuai dengan tegangan kamu = E . Kemudian menggunakan nilai arus yang ditemukan, sesuai dengan karakteristik arus-tegangan 0, 1 Dan 2 temukan tegangan yang diperlukan kamu 0 , kamu 1 , kamu 2 (Gbr. 19).

Biarkan sumber EMF E dengan resistensi internal R 0 menyuplai dua elemen atau resistansi nonlinier yang terhubung paralel NS1 Dan NS2 , yang karakteristik tegangan arusnya diketahui. Hal ini diperlukan untuk menentukan arus di cabang-cabang rangkaian SAYA 1 Dan SAYA 2 , penurunan tegangan pada resistansi internal sumber dan elemen nonlinier.

Membangun kurva arus-tegangan SAYA N = F ( kamu ab ) . Untuk melakukan ini, kami menambahkan secara grafis karakteristik tegangan-arus 1 Dan 2 , menjumlahkan absis yang bersesuaian dengan satu ordinat, lalu ordinat lainnya, dan seterusnya. Kami membangun karakteristik arus-tegangan dari seluruh rangkaian (kurva 0,1,2 ). Untuk melakukan ini, kami menambahkan secara grafis karakteristik tegangan-arus 0 Dan 1,2 , menjumlahkan ordinat yang sesuai dengan absis tertentu.

Saya menggunakan karakteristik tegangan arus ini dan mencari arus di rangkaian SAYA N , sesuai dengan tegangan kamu = E .

Saya menggunakan VAC 1,2 , tentukan tegangannya kamu ab , sesuai dengan arus yang ditemukan SAYA N , dan penurunan tegangan internal kamu 0 , sesuai dengan arus ini. Kemudian menggunakan karakteristik arus-tegangan 1 Dan 2 temukan arus yang dibutuhkan SAYA 1 , SAYA 2 , sesuai dengan tegangan yang ditemukan kamu ab (Gbr. 20).

Perhatikan contoh berikut.

Saat menghubungkan resistansi nonlinier dengan karakteristik R 1 dan R 2 secara seri, jika karakteristik resistansi ekivalen R E ...

akan lewat di bawah karakteristik R 1

akan melewati di atas karakteristik R 1

akan lulus, sesuai dengan karakteristik R 1

akan lewat di bawah karakteristik R 2

Jika hambatan linier dan nonlinier yang mempunyai sifat a dan b dirangkai seri, maka sifat hambatan ekuivalennya...

akan melewati karakteristik di bawah a

akan melewati karakteristik di atas a

akan lulus, sesuai dengan karakteristik a

akan lolos di bawah karakteristik b

Kesimpulan dari pertanyaan keempat: Rangkaian listrik DC nonlinier menjadi dasar rangkaian elektronik. Ada dua metode untuk menghitungnya: analitis dan grafis. Metode perhitungan grafis memudahkan untuk menentukan semua parameter yang diperlukan dari rangkaian nonlinier.

Sifat-sifat jaringan dua terminal nonlinier biasanya menggambarkannya karakteristik statis. Karakteristik yang diterima secara umum dari jaringan dua terminal resistif nonlinier adalah karakteristiknya karakteristik arus-tegangan (karakteristik volt-ampere).

Karakteristik tegangan arus statis – ini adalah ketergantungan arus yang mengalir melalui elemen resistif nonlinier pada tegangan yang diberikan padanyadalam keadaan stabil (atau sebaliknya - ketergantungan penurunan tegangan pada elemen pada arus yang mengalir melaluinya).

Karakteristik tegangan arus statis menentukan sifat-sifat elemen pada tegangan bolak-balik (arus) frekuensi rendah, yang nilainya tidak melebihi nilai maksimum yang diizinkan.

Tergantung pada jumlah pin eksternal yang ada elemen dua kutub nonlinier(resistor dengan resistansi nonlinier, dioda vakum dan semikonduktor) dan elemen multipol nonlinier(transistor dan thyristor dari berbagai jenis, trioda vakum dan pentoda).

Karakteristik arus-tegangan dari elemen dua kutub nonlinier dapat berupa simetris(Gbr. 15.2, a) atau asimetris(Gbr. 15.2, b, c) relatif terhadap titik asal.

Gambar 15.2 – Karakteristik arus-tegangan statis bermacam-macam

elemen resistif

Untuk karakteristik arus-tegangan simetris, kondisi berikut ini berlaku: SAYA(kamu) = -SAYA(-kamu), dan untuk asimetris SAYA(kamu)  - SAYA(-kamu).

Jelasnya, mode operasi rangkaian nonlinier tidak akan berubah jika terminal elemen resistif nonlinier dengan karakteristik simetris ditukar.

Ada elemen resistif nonlinier dengan membosankan(Gbr. 15.2, a) dan tidak monoton(Gbr. 15.2, b, c) CVC.

Untuk elemen denganmembosankan CVCpeningkatan tegangan yang diterapkan pada elemen menyebabkan peningkatan (atau setidaknya tidak penurunan) arus dan, sebaliknya, peningkatan arus menyebabkan peningkatan tegangan pada elemen.

Tegangan dan arus pada terminal elemen tersebut saling berhubungan ketergantungan yang unik, dan turunan dari karakteristik arus-tegangan pada semua arusnya diambil hanya nilai non-negatif, yaitu

,
.

Karakteristik arus-tegangan elemen nonlinier adalahtidak monoton , jika setidaknya dalam rentang perubahan arus dan tegangan yang terbatas, peningkatan tegangan pada terminal elemen menyebabkan penurunan arus atau, sebaliknya, peningkatan arus menyebabkan penurunan tegangan.

Arus dan tegangan elemen resistif nonlinier dengan karakteristik tegangan arus nonmonotonik tidak berhubungan satu sama lain melalui hubungan satu-ke-satu (Gbr. 15.2, b, c).

Keragaman semua karakteristik tegangan arus dari jaringan dua terminal nonlinier dapat direduksi menjadi enam tipe utama (Gbr. 15.3, ae).

Karakteristik tegangan arus mungkin memiliki zona mati, mis. “langkah” tegangan atau arus (Gbr. 15.4, a, b)

Jenis karakteristik arus-tegangan dari jaringan dua terminal resistif nonlinier mungkin bergantung pada kuantitas tertentu yang tidak berhubungan langsung dengan arus atau tegangan rangkaian di mana elemen ini disertakan, khususnya pada suhu, penerangan, tekanan, dll. elemen berhubungan dengan jaringan dua terminal yang tidak dikontrol secara elektrik.

Karena setiap nilai besaran kendali berhubungan dengan kurvanya sendiri, yang mencirikan hubungan antara arus dan tegangan pada terminal-terminal jaringan dua terminal resistif yang tidak dikontrol secara listrik, jaringan dua terminal juga dicirikan bukan oleh satu karakteristik IV, tetapi oleh oleh keluarga karakteristik I-V (Gbr. 15.5).

Gambar 15.5 – Kelompok karakteristik arus-tegangan termistor.

Kelas elemen resistif nonlinier yang paling penting adalah elemen yang dikontrol secara elektrik(transistor dari berbagai jenis, perangkat tiga elektroda dan multi-elektroda vakum dan pelepasan gas. Elemen jenis ini mengandung dua elektroda utama:

Katoda dan anoda untuk tabung vakum;

Emitor dan kolektor untuk transistor bipolar;

Tiriskan dan sumber transistor efek medan.

Resistansi antara elektroda utama berubah di bawah pengaruh arus atau tegangan dari satu atau lebih elektroda kontrol:

Kisi-kisi untuk tabung vakum;

Basis untuk transistor bipolar;

Gerbang atau substrat untuk transistor efek medan.

Khususnya saat ini Saya jaringan tiga terminal resistif nonlinier (Gbr. 15.6), yang memiliki dua elektroda utama dan satu elektroda kontrol, merupakan fungsi dari tegangan antara elektroda utama kamu dan mengontrol arus Saya kontrol atau tegangan kamu kontrol elektroda kontrol:

Gambar 15.5 – Jaringan tiga terminal nonlinier yang dikontrol secara elektrik

Seperti dapat dilihat dari Gambar 15.5, jaringan tiga terminal resistif nonlinier yang dikontrol secara elektrik memiliki dua sisi: input (kontrol) dan output (dikendalikan), dan salah satu terminal dari jaringan tiga terminal bersifat umum di kedua sisi.

Elemen resistif nonlinier yang dikontrol secara elektrik dapat dicirikan oleh kelompok karakteristik tegangan arus yang berbeda.

Karakteristik tegangan arus akhir pekan menampilkan hubungan antara arus keluaranSaya dan tegangan keluarankamupada nilai arus masukan yang berbedaSaya kontrol atau tegangankamu kontrol .

Karakteristik arus-tegangan keluaran khas transistor bipolar dalam rangkaian dengan emitor bersama (Gbr. 15.6, a) disajikan pada Gambar 15.6, b.

Klasifikasi lengkap elemen nonlinier disajikan pada Tabel 15.1, dan contoh elemen resistif nonlinier beserta simbol grafis dan karakteristik tegangan arus diberikan pada Tabel 15.2.

Tabel 15.1 – NE Resistif

2.2. PARAMETER STATIS DAN DIFERENSIAL

Untuk elemen nonlinier resistif, parameter penting adalah resistansinya, yang, tidak seperti resistor linier, tidak konstan, tetapi bergantung pada titik di mana karakteristik tegangan arus ditentukan. Ada dua jenis resistensi: statis Dan diferensial (dinamis).

Resistansi statis mencirikan titik operasi elemen nonlinier dalam arus searah, dan resistansi diferensial mencirikan operasi elemen nonlinier di sekitar titik operasi ini.

Misalkan elemen nonlinier resistif mempunyai karakteristik arus-tegangan yang ditunjukkan pada Gambar 15.8.

Resistensi statis adalah rasio tegangan terhadap arus pada titik tertentu dari karakteristik tegangan-arus.

(15.1)

Di mana
- faktor skala;

M kamu, M i – skala tegangan dan arus;

 adalah sudut kemiringan garis potong yang ditarik melalui titik asal dan titik operasi terhadap sumbu saat ini.

Resistensi statis adalah resistansi elemen nonlinier terhadap arus searah.

Jelas sekali konduktivitas statis adalah kebalikan dari resistensi statis

(15.2)

– ini adalah batas rasio kenaikan tegangan terhadap kenaikan arus yang sesuai dengan pergeseran kecil titik operasi pada karakteristik tegangan arus di bawah pengaruh tegangan bolak-balik dengan amplitudo kecil:

Resistensi diferensial – ini adalah resistansi elemen nonlinier terhadap arus bolak-balik dengan amplitudo kecil.

Ciri-ciri sebagian besar unsur nyata adalah nonlinier pada tingkat tertentu. Dalam beberapa kasus, ketidaklinieran elemennya kecil dan dapat diabaikan ketika membangun model yang disederhanakan; dalam kasus lain, ketidaklinieran tidak dapat diabaikan. Selain itu, berfungsinya sebagian besar perangkat radio-elektronik tidak mungkin terjadi tanpa elemen nonlinier (perbaikan, perkalian, pembatasan, pembangkitan, dll.).

Unsur real nonlinier dibedakan menjadi non inersia dan inersia. Jika hubungan antara nilai sesaat arus dan tegangan suatu elemen yang berada di bawah pengaruh periodik ditentukan oleh karakteristik tegangan arus statis (CVC), maka elemen tersebut termasuk dalam elemen nonlinier bebas inersia. Jika karakteristik arus-tegangan statis dan karakteristik dinamis, diambil pada frekuensi yang sama atau kurang dari frekuensi operasi, tidak bertepatan, maka elemen tersebut harus dianggap inersia.

Jadi, elemen nonlinier inersia adalah linier terhadap nilai arus dan tegangan sesaat, dan karakteristik arus-tegangan yang menghubungkan nilai efektif adalah nonlinier. Unsur bebas inersia bersifat nonlinier baik terhadap nilai sesaat , maupun terhadap nilai efektif dan .

Tergantung pada jumlah terminal eksternal, elemen nonlinier dibedakan: bipolar (dioda, termistor) dan multipolar (transistor, trioda, pentoda). Karakteristik volt-ampere elemen dua kutub nonlinier dapat bersifat simetris atau asimetris. Karakteristik arus-tegangan rangkaian dua terminal dengan karakteristik simetris ditunjukkan pada Gambar 1. Kondisi berikut terpenuhi untuk itu:

Jelasnya, mode operasi rangkaian nonlinier tidak akan berubah jika terminal elemen nonlinier dengan karakteristik simetris ditukar. Jika kondisi (1) tidak terpenuhi, karakteristik arus-tegangan menjadi asimetris.

Rasio tegangan yang diukur pada segmen AB dengan arus yang diukur pada segmen OB (lihat Gambar 1.) menentukan, pada skala tertentu, resistansi statis R di titik A.

(2)

Batas rasio kenaikan tegangan pada suatu bagian rangkaian dengan kenaikan arus di dalamnya, atau turunan tegangan terhadap arus pada skala yang sama, menentukan resistansi diferensial:

Terdapat elemen nonlinier dengan karakteristik arus-tegangan monotonik dan nonmonotonik. Untuk karakteristik arus-tegangan monotonik atau selalu lebih besar dari nol.

Karakteristik nonmonotonik dibagi menjadi tipe N dan S. Untuk elemen dengan karakteristik berbentuk N (Gbr. 2.a), nilai arus yang sama dapat berhubungan dengan beberapa tegangan berbeda. Dalam karakteristik tegangan arus berbentuk S, satu nilai tegangan dapat berhubungan dengan beberapa arus (Gbr. 2.b).

Gambar.2. Karakteristik arus-tegangan berbagai elemen nonlinier

a) tipe-N non-monotonik; b) tipe S – non-monotonik;

c) CVC dari perangkat dua terminal yang tidak dikontrol secara elektrik - termistor.

Jenis karakteristik arus-tegangan elemen nonlinier mungkin bergantung pada kuantitas tertentu yang tidak terkait dengan arus dan tegangan rangkaian di mana elemen tersebut disertakan, khususnya pada suhu (Gbr. 2.c), penerangan, tekanan, dll. . Elemen-elemen tersebut termasuk dalam jaringan dua terminal yang tidak dikontrol secara elektrik .

Gambar.3. Elemen yang dikontrol secara elektrik