Ce este un element neliniar. Elemente neliniare. Lanțuri electrice neliniare

În cazul în care un dependență U.(I.) Or. I.(U. luna și rezistența lui r constant ( R. \u003d S. pest. ) , atunci element Apel liniar (le) și lanțul electric constând doar din elemente liniare - lanț electric liniar .

Element liniar wah simetric Și este o direcție directă, trecând prin originea coordonatelor (fig.16, curba 1). Astfel, legea OHM este efectuată în circuite electrice liniare.

În cazul în care un dependență U.(I.) Or. I.(U.) orice element de circuit electric nu liniar și rezistența sa depinde de curentul în IT sau de tensiune la concluziile sale ( R. ≠ S. pest. ) , atunci element Apel nu liniar (ne) , și circuitul electric cu cel puțin unul element neliniar - lanț electric neliniar .

Elemente neliniare wah nonmemolinenăși, uneori, pot fi asimetrice, de exemplu, în dispozitivele semiconductoare (fig.16, curbele 2, 3, 4). Astfel, în circuitele electrice neliniare, dependența dintre curent și tensiune nu se supune Legea lui Ohm.

Smochin. 16. Elemente liniare și neliniare:

curba 1. - le (rezistor); curba 2. - NE (lămpi cu incandescență cu fir metalic); curba 3. - NE (lămpi cu incandescență cu fir de cărbune;

curba 4. - Wah NE ( diodă semiconductoare.)

Exemplu elementul liniar este rezistor.

Exemple elemente neliniare servesc: Lămpi cu incandescență, termistoare, diode semiconductoare, tranzistori, lămpi cu descărcare de gaz etc.Simbol Na este prezentată în fig. 17.

De exemplu, cu o creștere a curentului care curge prin firul metalic de incandescență al lămpii electrice, încălzirea sa crește și, prin urmare, rezistența sa crește. Astfel, rezistența lămpii cu incandescență nu este permanent.

Luați în considerare următorul exemplu. Sunt date tabele cu valori de rezistivitate ale elementelor la diferite valori de curent și de tensiune. Ce masă corespunde unui element liniar, ce element neliniar?

Tabelul 3.

R., Oh.

Tabelul 4.

R., Oh.

Răspundeți la întrebare, ce este de diagrame este legea OMA? Ce element se potrivește acest program?

1 2 3 4

Și ce se poate spune despre programele 1.2 și 4? Ce elemente caracterizează aceste grafice?

Elementul neliniar în orice punct al WAH este caracterizat printr-o rezistență statică, care este egală cu raportul dintre tensiune la curentul corespunzător acestui punct (figura 18). De exemplu, pentru punct dar :

.

În plus față de rezistența statică, elementul neliniar este caracterizat prin rezistență diferențială, sub care este înțeleasă atitudinea unei incrementări infinit de mici sau foarte mici a tensiunii Δu la creșterea corespunzătoare ΔI (figura 18). De exemplu, pentru punct dar Wah poate fi înregistrat

unde β - unghiul de înclinare a tangentului petrecut prin punct dar .

Aceste formule constituie baza metodei analitice de calculare a celor mai simple lanțuri neliniare.

Luați în considerare exemplele. Dacă rezistența statică a elementului neliniar la o tensiune U 1 \u003d 20 V este de 5 ohmi, atunci puterea curentă i 1 va fi ...

Rezistența statică a elementului neliniar la un curent 2 a va fi ...

Concluzie privind a treia întrebare: elementele liniare și neliniare ale circuitului electric diferă. În elemente neliniare, legea OHM nu este efectuată. Elementele neliniare sunt caracterizate în fiecare punct al rezistenței statice și diferențiate. Elementele neliniare includ toate dispozitivele semiconductoare, lămpile cu descărcare de gaze și lămpile cu incandescență.

Numărul de întrebări 4. Metoda grafică pentru calcularea neliniară

lanțuri electrice (15 minute)

Pentru a calcula circuitele electrice neliniare, se aplică metodele de calcul grafice și analitice. Metoda grafică este mai simplă și vom lua în considerare mai detaliat.

Lăsați sursa EMS. E. cu rezistență internă r. 0 Are două elemente neliniare conectate succesiv sau rezistență NS1. și NS2. . Cunoscut E. , r. 0 , Wah 1 NS1 și Wah. 2 NS2. Este necesar să se determine curentul în lanț I. n.

În primul rând, construim un element liniar r. 0 . Aceasta este o linie dreaptă care trece prin originea coordonatelor. Tensiunea u care se încadrează pe rezistența conturului este determinată de expresie

Pentru a construi dependența U. = f. ( I. ) , este necesar să se plieze grafic 0, 1 și 2 , însumarea ordonatelor corespunzătoare unui abscis, apoi altul etc. Avem o curbă 3 reprezentând bătălia din întregul lanț. Folosesc această culoare, găsim un curent în lanț I. n. Redimensionarea tensiunii U. = E. . Apoi, folosind valoarea curentă găsită, via 0, 1 și 2 Găsim stresul dorit U. 0 , U. 1 , U. 2 (Fig.19).

Lăsați sursa EMS. E. cu rezistență internă r. 0 hrănește două elemente sau rezistențe neliniare conectate paralele NS1. și NS2. Care sunt cunoscuți. Necesare pentru a determina curentul în ramurile lanțului I. 1 și I. 2 , Tensiunea scade asupra rezistenței interne a sursei și a elementelor neliniare.

Construi wah. I. n. = f. ( U. ab. ) . Pentru asta ne pliam grafic 1 și 2 , însumând abscisa corespunzătoare unei ordonate, apoi o altă ordonanță etc. Construim întregul lanț (curba 0,1,2 ). Pentru asta ne pliam grafic 0 și 1,2 , Însumând comenzile corespunzătoare anumitor abscoarci.

Folosesc această culoare, găsim un curent în lanț I. n. Tensiune U. = E. .

Eu folosesc Wah. 1,2 , Determinați tensiunea U. ab. Găsit curent I. n. , și scăderea tensiunii interne U. 0 corespunzătoare acestui curent. Apoi, folosind wah 1 și 2 Noi găsim Toki dorit. I. 1 , I. 2 Tensiune adecvată U. ab. (Figura 20).

Luați în considerare următoarele exemple.

Cu o conexiune consecutivă a neliniarului rezistă cu caracteristicile R1 și R2, dacă caracteristica rezistenței echivalente ...

va fi mai mică decât caracteristica R 1

va lua caracteristici mai mari R 1

va trece, corespunzând caracterului R 1

va fi mai mică decât caracteristica R 2

Cu o conexiune consecventă a rezistențelor liniare și neliniare cu caracteristici A și B, caracteristica rezistenței echivalente ...

va fi sub caracteristicile a

va fi mai mare decât caracteristicile lui

va trece, corespunzând caracterului A

va fi sub caracteristicile b

Concluzie privind a patra întrebare: circuitele electrice nonlinear DC reprezintă baza circuitelor electronice. Există două metode pentru calculul lor: analitic și grafic. Metoda grafică de calcul facilitează determinarea tuturor parametrilor necesari ai circuitului neliniar.

Conţinut. Elemente neliniare. Saturația materialelor magnetice. Segroesoelectrice, varistoare și posistori. Rezistențe neliniare. Diodă semiconductoare și turma ei. Conceptul de tranzistori bipolari și tiristori. Stabilizator de tensiune liniară. Principiul acțiunii unui tranzistor de câmp și a unui tranzistor bipolar cu un declanșator izolat (IGBT).

Valorile elementelor R, C, L au fost introduse ca coeficienți între curent și tensiune (R), încărcare și tensiune (C), precum și fluxul magnetic și curentul (L). Apoi, legea generalizată a OMA a fost formulată din aceste relații.

Atunci când se analizează cele mai simple sarcini, ipoteza a fost făcută faptul că aceste valori nu depind de elementele de energie electromagnetică care curge în conformitate cu aceste elemente. Și ne bucurăm foarte mult de așa-numitele elemente liniare și chiar am luat componentele "liniare" corespunzătoare.

Cu toate acestea, nu există componente liniare în natură!

Acestea pot avea parametri aproximativ liniari numai într-un anumit interval de curent și de tensiune. Orice substanță care se încadrează în efectul câmpurilor electromagnetice, într-un fel sau altul, își schimbă structura și, în consecință, caracteristicile sale fizice, și anume rezistența specifică, permeabilitatea dielectrică și magnetică și chiar o formă geometrică. Prin urmare, parametrii componentelor făcute din aceste materiale sunt modificate, deoarece r \u003d RL / s; C »ES / L; L »ms / l. Dacă aceste schimbări nu sunt esențiale, vorbim despre liniaritatea elementelor și a componentelor corespunzătoare. În caz contrar, este necesar să luăm în considerare aceste schimbări și apoi să vorbim elemente și componente neliniare.

Elementele Hugo neliniare în schemele de substituție au următoarea formă:

rezistor neliniar

bobină inductivă a țării magnetice

condensator neliniar - Varicap

Elementele neliniare sunt utilizate pe scară largă în circuitele electrice pentru a schimba forma de undă, cu alte cuvinte, pentru a excita sau absorbi anumite armonici, din care se face semnalul.

Din punct de vedere matematic, în acest caz, coeficienții compuși din R, C, L depind de parametrii necunoscuți (curenți și tensiune), iar ecuațiile energetice întocmite de regulile lui Kirchhoff devin neliniar Cu toate consecințele pentru calcule.

Cele mai comune metode ale soluțiilor lor sunt:

- apropiereAtunci când dependența neliniară cunoscută a valorii elementului din curentul sau tensiunea este aproximată de secțiunile funcțiilor liniare și este obținută pentru fiecare dintre ele soluții de ecuații liniare;

- metoda graficăcând ecuațiile decid grafic folosind.

cunoscute dependențe grafice neliniare ale elementului de la curent sau de tensiune;

- metoda mașiniiAtunci când o dependență neliniară a valorii elementului de la curent sau de tensiune este aproximată de o funcție matematică model și rezolvă ecuații neliniare integro-diferențiale cu metode numerice.

inductanță neliniară În utilizarea ingineriei electrice caracteristicile Weber-Amperecare sunt similare cu curbele de histerezis VN pentru materialele feromagnetice care iubesc să aplice fizicienii. Dacă pe Weber-Ampere caracteristică L \u003d DY / DI, apoi pe curbe VN m \u003d db / dh, dar y \u003d nbs, un h "i / r. Uneori folosiți caracteristică secundară volți, T. K. Y \u003d òudt.

În aproximare, această caracteristică este, de obicei, împărțită în părți: până când saturația este o linie dreaptă cu o pantă. m \u003d.dB /dH., după saturație când Vm. Aceasta este o linie dreaptă cu m \u003d 1.. Valori ale magnetizării reziduale ÎNr. și puterea coercitivă NS. Zona ocupată de bucla de histerezis, adică pierderi active pentru magnetizare. Prin urmare, în majoritatea cazurilor, ele pot fi luate în considerare în lanțul elementului rezistiv și exclud de la aproximarea caracteristicilor Weber-Ampere.

Modul de funcționare a bobinelor de inductanță cu caracteristici liniare este ales în valori mari de M sau L. În această zonă, astfel de dispozitive magnetice funcționează ca niște troturi pentru acumularea de energie magnetică, transformatoare pentru transmiterea puterii prin conexiunea magnetică a bobinelor , precum și motoarele electrice. În același timp, efectul non-liniaritabil al materialelor magnetice este utilizat pe scară largă pentru a crea amplificatoare magnetice, stabilizatori de ferorsonanță și chiar elemente cheie magnetice în care sunt utilizate materiale magnetice cu așa-numita caracteristică magnetică dreptunghiulară, unde M poate atinge valorile De 50 sau mai mult. În prezent, există în principal 3 tipuri de materiale magnetice în inducerea inductanței: oțel electrotehnic, fier amorf (metaglass) și ferițicu curbe de histerezis foarte diverse.

Inductoarele neliniare au fost create istoric mai întâi datorită disponibilității și a costului scăzut al materialelor magnetice, precum și simplitatea fabricării acestora. Ele diferă, în primul rând, cu fiabilitatea lor, dar au caracteristici la scară largă și în legătură cu această inerție mare. Pierderile privind magnetizarea și pierderile active pentru încălzirea înfășurărilor reprezintă, de asemenea, o problemă gravă, în special în ingineria electrică a energiei electrice. Prin urmare, în prezent, utilizarea inductorilor neliniari este limitată.

Pentru a reprezenta dependența rezervor neliniar. Folosit pendant-tensiune Caracteristici, deoarece C \u003d DQ / du.

Ele sunt similare cu caracteristicile feroMagnetice WebM-Ampere, numai aici este prezentă constanta dielectrică E \u003d DD / DE, unde D este o inducție electrică sau o deplasare electrică.

Cea mai interesantă dielectrică pentru a crea condensatoare neliniare sunt segneoelectrics., cum ar fi sarea Segnetov (potasiu sodiu wincit), titanat de bariu, titanat de bismut etc. Datorită structurii de domeniu a dipolilor electrici, ei posedă tensiuni reduse Constanță dielectrică ridicată cu E "1000, care, cu creșterea tensiunii, scade, similar cu permeabilitatea magnetică în feromagneți. Prin urmare, în literatura străină au primit un nume ferroelectrics.. Aceste materiale sunt utilizate pe scară largă pentru a crea astfel de elemente capacitive liniare, cum ar fi condensatoarele ceramice cu o densitate specifică ridicată a energiei electrice, unde lucrează în zona nesaturată a caracteristicilor de tensiune a bobinei. Nonlinearitatea este utilizată pentru a crea condensatori cu o capacitate variabilă, varicondăcare au o utilizare îngustă.

Într-un câmp variabil în feroelectrice, o schimbare în direcția momentului electric al dipolelor, care sunt legate de domenii mari plasate în structuri de cristal. Acest lucru duce la o schimbare a dimensiunilor geometrice ale cristalului, așa-numitul efect electrice. În materiale magnetice există un efect similar magnetosticareaDar este dificil să o utilizați datorită prezenței unei înfășurări externe. În unele grupe de cristale feroelectrice, se observă similar cu efectele de prelucrare electrică. aceasta piezoelectric direct Efectul este apariția unui câmp electric (polarizare) într-un cristal în deformarea mecanică și înapoi - Deformarea mecanică când apare câmpul electric. Aceste materiale de cristal sunt numite piezoelectrics, Și au primit o utilizare extrem de mare. Efectul direct este utilizat pentru a obține tensiuni înalte, în convertoarele primare de forță mecanică (de exemplu, microfoane, pickup-uri în sisteme de înregistrare mecanică solidă) etc. Efectul invers este utilizat în emițătoarele de sunet și ultrasonic, în sistemele ultra-poziționare (mișcarea poziționerului capul hard disk) etc. Ambele efecte sunt utilizate la crearea rezonant generatoare de cuarț În cazul în care dimensiunile cristalelor sunt selectate astfel încât oscilațiile mecanice să fie în rezonanță cu electrice. Cu o frecvență de înaltă calitate a unui astfel de sistem, se asigură stabilitatea și acuratețea setării frecvenței generatorului. Două astfel de cristale având o legătură de sunet pot transmite puterea electrică fără galvanizare datorită cărora sunt numite piezotransformatoare.

Structura de domeniu a dipolilor electrici și magnetice este dezintegrată la o anumită temperatură, numită punctul Curie. În acest caz, tranziția de fază are loc și conductivitatea feroelectrică se schimbă semnificativ. Pe această bază act pOSISTORY.În care, cu dopajul suplimentar al materialului, puteți instala un anumit punct de curie. După atingerea acestei temperaturi, rata de creștere a rezistenței poate ajunge la 1 com / grindină.

În esență, ea rezistor neliniarcare are o formă sau "cheie" volt-ampere caracteristică (WA).

Adică, acest element poate funcționa ca o cheie electrică controlată de temperatura curentă sau exterioară.

Posistatorii sunt utilizați pe scară largă pentru a proteja împotriva supraîncărcărilor curente în rețelele analogice telefonice, precum și pentru a reseta energia magnetică din bobine atunci când sunt deconectate, pornirea netedă a motoarelor etc. Utilizarea destul de interesantă pe care au găsit elemente de combustibil reglementate în încălzitoarele ventilatoare în care Elementul în sine este amplasat foarte mult la o temperatură constantă, iar energia electrică consumată este menținută automat egală cu ieșirea de căldură. Adică, viteza ventilatorului poate fi controlată de puterea termică a unui astfel de dispozitiv de încălzire.

Într-un alt tip de dopaj al feroelectrică, efectul dependenței neliniară de conductivitate de tensiune poate fi atins, adică este de fapt rezistor neliniar, numit varistor.. Acest efect se datorează unei modificări a unei anumite tensiuni a conductivității straturilor subțiri ale substanței din jurul domeniilor. Prin urmare, ele sunt caracterizate volt-ampere caracteristicăunde funcția u (i) poate fi reprezentată de un grad de cincimi polinomiale. Rezistoarele neliniare sunt caracterizate convenabil printr-o rezistență statică a RR \u003d U / I și rezistența diferențială a RD \u003d du / di. Se poate observa că la secțiunea liniară din primul rând, pe secțiunea neliniară RST £ Rd.

Aplicația lor de bază este protecția circuitelor electrice de la emisiile de întrerupere a supratensiunii periculoase. Într-un varist, energia unei astfel de emisii se transformă în activă și își încălzește masa. Prin urmare, varistorii se disting prin doi parametri principali - tensiunea la care apare și energia pe care elementul este capabilă să o absoarbe fără a-și deranja performanța.

Rezistențe neliniare Tot felul de tipuri ocupă un loc mare în ingineria electrică modernă. În general, orice dirijor este neliniar. Dacă treceți curentul printr-un fir convențional de cupru, atunci la început rezistența sa, așa cum este cunoscută, va fi schimbată ca R0 (1 + αt). Această dependență va fi menținută în timp ce firul nu este topit și apoi rezistența va rămâne constantă înainte de evaporarea materialului. Și în această stare, firul devine de fapt izolator.

Rezistența conductorului R este invers proporțională cu densitatea curentă, astfel încât rezistența conductorului gol de cupru este considerată liniară la densitatea curentă 10 a / mm2 . Odată cu deteriorarea unității de căldură din conductor, această valoare scade. De exemplu, în lichidarea bobinei de inductanță, această valoare poate fi la 2 a / mm2. Deoarece atunci când datele sunt depășite, valorile curente de densitate survine creșterea producției de căldură, ceea ce duce la topirea acestuia, sunt luați în considerare valorile de densitate actuale admisibile Și folosite atunci când alegeți secțiuni sigure ale conductorilor.

În acest principiu lucrează fusesecțiunea transversală a conductorului în care corespunde valorii limită a trecerii curente prin aceasta. Dar dacă introduceți puterea de mai mult de 1010 g / g în fir, apoi evaporarea, ocolirea etapei de topire, va merge pe Adiabat și valul de presiune de evaporare de pe suprafața gazului va crea în interiorul materialului densității colosale a substanței. În acest caz, a fost posibilă eliberarea atomilor de aur din carcasa lor electronică și efectuarea reacțiilor termonucleare.

Cu o anumită tensiune suficientă pentru a apărea în gazul unui număr suficient de purtători taxe electriceÎn decalajul gazului începe să treacă curentul electric. Acest fenomen este numit descărcarea gazuluiIar decalajul de evacuare a gazelor poate fi considerat ca rezistență neliniară din următorul wah.

Dispozitivele de evacuare a gazelor au fost foarte răspândite în calitate și indicatoare, mașini de sudare și unități de topire, chei electrice și reactoare chimice plasmatice etc.

În 1873, F. Gutry a deschis efectul conductivității neliniare într-o lampă cu vid cu catod termonic. Când catodul a fost un potențial negativ, electronii săi au creat un curent electric, iar în polaritatea opusă au fost blocați pe catod și nu existau practic purtători în lampă. Pentru o lungă perioadă de timp Acest efect nu a fost în cerere, în timp ce în 1904, nevoile de inginerie radio nu a condus la crearea unei diodi termonice (vid). Și din moment ce câmpul electric este responsabil într-un astfel de dispozitiv de conducere, introducerea unor potențiali mici suplimentare face posibilă controlul fluxului de electroni, adică soc electric. Astfel, au fost create rezistențe neliniare controlate de câmp electric (vederi radiolm), care a înlocuit sistemele magnetice neliniare mari, inerție și curente. Principalele dezavantaje ale radiolmpului au fost un catod incandescent care necesită o sursă de alimentare separată și o răcire adecvată, precum și dimensiuni destul de mari datorită unui balon de vid.

Prin urmare, aproape simultan cu dioda de vid (termo) a fost creată diodă solidă pe bază p-n tranziție care se formează la punctul de contact al a două semiconductori cu tipul diferit. conductivitate. dar dificultăți tehnologice Producția de materiale semiconductoare pure mai multe deținute introducerea acestor elemente în raport cu radiolmpamele.

Când contactați două zone cu diferite tipuri de conductivitate, purtătorii de încărcare penetrează permanent (diffundat) în următoarea zonă în care nu sunt principalii purtători. În același timp, acceptorii ne-compatitori (taxe negative) rămân în regiunea R și în regiunea N, fără compatibili ( taxe pozitive) acea formă domeniul de încărcare spațială(Orz) cu un câmp electric care împiedică difuzarea suplimentară a transportatorilor de încărcare. În zona p-n tranzițieechilibrul cu diferența de contact a potențialelor este creat, care este pentru siliciul utilizat pe scară largă în dispozitivele semiconductoare "0,7 V.

Când conectați un câmp electric extern, acest echilibru este rupt. Cu o deplasare directă ("+" în regiunea tipului R), lățimea OPZ scade și concentrația de purtători non-core este în creștere exponențială. Ele sunt compensate pentru principalii transportatori care intră prin contacte de la circuitul extern, ceea ce creează curent continuuExponențial crescând ca tensiunea directă a tensiunii de deplasare.

Cu deplasare inversă ("-" în regiunea tipului R), lățimea OPZ crește și concentrația de purtători non-core este redusă. Mass-media principală din această zonă nu vin și curenți inversați Se datorează numai eliminării transportatorilor non-core de la OPZ și nu depinde de tensiunea aplicată. Curenții direcți și inversați pot diferi în 105 - 106 ori, formând o neliniaritate semnificativă a WAH. Pentru sensul definit Transportatorii de tensiune inversă cu libera sa mișcare pot obține energie suficientă pentru a forma noi perechi de taxe atunci când acestea sunt s-au ciocnit cu neutre, care, la rândul său, câștigând energie și să participe la nașterea de noi aburi. Curentul avalantului emergent mătură toate barierele potențiale pe calea sa, transformând semiconductorul într-un dirijor obișnuit.

Hugo semiconductor diode.

Forma tipică a Vach de tranziție p-n (diodă)

Apropierea diodei "ideale" este cheia electrică perfectă controlată de polaritatea tensiunii. Cu toate acestea, acești parametri nu iau în considerare, cum ar fi:

1) Drop de tensiune directă Atunci când fluxurile directe curente, care sunt în multe dispozitive reale 1 -1,5 V, ceea ce duce la pierderi active p \u003d (1¸1,5) I și, în consecință, să se încălzească elementul și să limiteze curenții pentru un anumit element. Soluția de provocări termice pentru răcirea dispozitivelor semiconductoare, precum și stabilitatea lor termică, sunt una dintre principalele probleme la proiectarea dispozitivelor electrice. Invers dependența proporțională a scăderii tensiunii directe de la temperatură limitează utilizarea instrumentelor cu tranziții p-n în conexiuni paralele.

2) Invers toki. care pot fi neglijate numai dacă sunt puține de magnitudinea curenților mai puțin direcți.

3) Tensiune Avalanche Break.care determină limita funcționalității elementului în timpul tensiunii inverse, la care trebuie să vă acordați atenție, mai ales atunci când impulsul funcționează cu elemente inductive. Cu toate acestea, grosimea totală a cristalului limitează tensiunile inverse de dimensiune de 1-2 kV. Creșterea suplimentară a tensiunii inverse este posibilă numai cu ansamblul secvențial al elementelor cu egalizarea curenților de alimentare.

4) Caracteristici temporaleîn special timp de recuperare (Timpul de tranziție de la conductivă la starea neconducătoare), care este de fapt momentul îndepărtării de la OPD de purtători non-core și expansiunea acesteia. Și acest parametru este determinat de procese difuze cu durate caracteristice de 10-5 s. La simularea caracteristicilor pulsului, 2 elemente capacitive sunt utilizate în schemele de substituție cu diodă: capacitatea barierăcare este determinată de dimensiunea OPD și taxa de volum (este esențială la tensiuni inverse), precum și capacitatea difuzăcare este determinată de concentrația transportatorilor de bază și non-core (este esențială cu scăderea directă a tensiunii). Containerul difuz determină timpul de acumulare și de resorbție a unei încărcături de nonehilibrium în ORZ și poate ajunge la o magnitudine de mai multe duzini de nanofarad. Dezvoltare procese tehnologice În fabricarea diodelor, a afectat semnificativ caracteristicile pulsului și reduceți timpul de recuperare la duzini de nanosecunde în diode rapide și ultra-cele mai bune.

Prin urmare, proiectat pentru programul de condimente model matematic Dioda reală de semiconductoare și modificările ulterioare sunt o expresie matematică destul de complicată, care include până la 30 de constante instalate de către utilizator pentru a simula un anumit element.

Lucrați la reducerea scăderii directă a tensiunii a condus la creație schottky diodes.în care tranziția p-n este înlocuită de bariera Schottki formată de o pereche semiconductoare. Acest lucru a făcut posibilă reducerea dimensiunii OPD-urilor și reducerea scăderii directe a tensiunii în aproximativ o picătură directă, dar, în același timp, tensiunea inversă admisă a fost redusă semnificativ (< 250 В) и увеличились обратные токи. При этом улучшились импульсные характеристики, что позволило применять эти диоды при частотах до 100 кГц.

Reducere bruscă rezistență dinamică (Rd \u003d du / DIT) Când tensiunea de defalcare inversă vă permite să utilizați diode ca stabilizatori de tensiune, cum ar fi variștoarele. Dar diodele, spre deosebire de varistoare, au valori de rezistență dinamică mai scăzute. Cu toate acestea, ar trebui să se țină cont de faptul că, în modul de stabilizare din P-N OPD, energia este evidențiată egală cu P \u003d ul. PR × I. Prin urmare, au fost create zener diode și avalanche diode cu o rezistență la căldură consolidată a tranziției p-n și pe baza acestora stabilități.

Atunci când curentul direct trece în OPD, recombinarea transportatorilor de încărcare cu radiație fotonică, a cărei lungime de undă este determinată de materialul semiconductor. Variază compoziția acestui material și designul elementului, puteți crea lED-uri cu coerentă ( diode laser) și radiații non-coerente pentru o gamă spectrală foarte largă, de la lumina ultravioletă la infraroșu.

Dezvoltarea tehnologiilor semiconductoare a condus la creație tranzistor bipolar.care reprezintă trei straturi de material semiconductor cu diferite tipuri de conductivitate, N-P-N sau P-N-p. Aceste straturi sunt numite colector-emițător. Astfel, 2 P-N consecutiv din tranziție sa dovedit, dar cu conductivitate multidirecțională. Pentru a atinge efectul tranzistorului, este necesar ca conductivitatea emițătorului să fie mai mare decât conductivitatea bazei, iar grosimea de bază a fost comparabilă cu lățimea tranziției OPZ la conducerea inversă. Pentru n-p-n funcționează Tranzistorul conform schemei cu o bază comună la colector este conectat la un pol pozitiv al sursei, la emitentul - negativ, iar sursa suplimentară deschide emițătorul de bază de tranziție. În același timp în subțire strat de bază Transportatorii non-core vor începe să curgă - electroni. Unele dintre ele, sub influența potențialului pozitiv al colectorului, vor trece prin tranziția închisă a colectorului de bază, determinând o creștere a colectorului actual, ca curent invers prin această tranziție. Iar colectorul actual poate fi de câteva sute de ori curentul de natură ( efectul tranzistorului).

Astfel, tranzistorul bipolar poate fi reprezentat ca rezistență neliniară controlată de curentul de bază.

Hugo tranzistoare bipolare au următoarea formă:

Tranzistor bipolar Vach sau de dependență curentă a colectorului de la Tensiune UC (IC) colector pentru tranzistor 2N2222 pentru diferite curenți de bază.

Astfel, curentul colector este determinat de curentul de bază, dar această dependență de curentele mici de bază este semnificativ neliniară. Aceasta este așa-numita modul activ.

Cu curenți de bază mare, atunci când se realizează o deschidere completă a colectorului de tranziție, tranzistorul intră în saturație cu un emițător de picătură minim de tensiune egal cu diferența de potențial de contact dual "1,2¸1.4 V (două consecutive deschideți p-n tranziție). Primim mod saturat..

De aici există 2 posibilități de utilizare a tranzistoarelor - în modul activ, ca amplificator, și în modul saturat - ca cheia electrică.

Luați în considerare ca exemplu utilizând tranzistorul în modul activ - stabilizator liniar Voltaj.

În acest circuit, tranzistorul este inclus în circuit cu un colector comun, adică sursele curentului colector și curentul de bază sunt conectate printr-un punct comun și curentul de control intră în baza de date prin rezistorul RV. Deoarece emițătorul de bază de tranziție este deschis, se poate presupune că scăderea tensiunii nu depinde de curent și este o cantitate egală cu bariera potențială Ube \u003d 0,6-0,7V. În absența Stabilitron DZ, tensiunea de ieșire conform regulii de divizor de tensiune RL UOUT ~ UIN / RV + RL. Stabilitron dz suportă un nivel de tensiune constant bazat pe UZ. Dar apoi UOUT \u003d UZ - UBE este o valoare permanentă și nu depinde de tensiunea de intrare și de curentul curent. Pentru toke constant Încărcarea și, în consecință, un curent de bază de baze de date, orice creștere a tensiunii de intrare UIN nu va schimba curentul colectorului, deoarece colectorul de rezistență dinamică de rezistență în modul tranzistor activ este aproape de ¥. În același timp, schimbarea curentului de încărcare va duce pur și simplu la o schimbare a curentului de bază și, în consecință, la schimbarea colectorului curent.

Funcționarea tranzistorului bipolar în modul de saturație necesită curenți mari de control, proporționați de magnitudine și durabilitate cu curenții comutați. Prin urmare, a fost propusă tiristor.constând din 4. serial P-N-P-N straturi.

Când curentul de control este pornit, se deschide prima tranziție p-n (emițătorul de bază al tranzistorului Q1) și electronii de la emițător încep să pătrundă prin al doilea p-n Tranziție (colector de bază al tranzistorului Q1) .. se deschide al treilea p-n Tranziție (emițător de bază p-n-p tranzistorun Q2) și, respectiv, a doua tranziție p-n (colector de bază al tranzistorului Q2). Aceasta asigură cel mai mult fluxul de curent în prima tranziție p-n și curentul de control nu mai este necesar. O legătură profundă între toate tranzițiile asigură saturația lor.

Astfel, am reușit să transferăm sistemul la un impuls scurt al curentului de control într-o stare saturată, cu o scădere de tensiune de aproximativ 2 V. Pentru a opri curentul în această structură, este necesar să o reduceți la 0 și acest lucru este necesar suficient de simplu obținut cu un semnal armonic. Ca rezultat, am primit taste puternice semiconductoare pentru rețelele curente alternante, determinate de impulsuri scurte la începutul fiecărei perioade de jumătate.

Schimbarea conductivității structurii semiconductoare poate fi de asemenea utilizată pentru a aplica un câmp electric, care va crea medii suplimentare pentru curent. Aceste medii vor fi în același timp de bazăȘi nu au nevoie să difuzeze nicăieri. Această circumstanță oferă două avantaje în comparație cu structurile bipolare.

În primul rând, perioadele de modificare a conductivității scade și, în al doilea rând, controlul se efectuează printr-un semnal potențial la un curent practic zero, adică actualul curent este aproape independent de curentul de control. Și unul mai avantaj a apărut datorită omogenității structurii semiconductoare controlate de un câmp electric - acesta este un coeficient de temperatură pozitiv de rezistență, ceea ce a făcut posibilă producerea acestor structuri cu unelte de microelectronică sub formă de microe individuale (până la câteva milioane pe metri pătrați) și, dacă este necesar, conectați-le în paralel.

Creat pe acest principiu tranzistoare au primit un nume camp(în literatura străină FET sau tranzistor de emisii de teren). Dezvoltat în prezent un numar mare de Diverse modele de astfel de dispozitive. Considera tranzistor cu efect de câmp cu un obturator izolat în care electrodul de control ( poartă), separate de stratul izolator semiconductor, de regulă, oxid de aluminiu. Acest design a fost numit TIR (metal metal-semiconductor) sau Mop (metal metal-semiconductor). Spațiul semiconductorului, unde transportatorii suplimentari se formează sub influența câmpului electric, numit canal, intrarea și ieșirea la care se numesc, respectiv, sursă și stoc. În funcție de tehnologia de fabricație, canalele pot fi induse (în Material N, o conductivitate p p este creată sau viceversa) sau încorporată (în N-Material creați spațiu cu p-conductivitate sau viceversa). Figura prezintă designul orizontal tipic al tranzistorului TIR cu indus și cu un canal R construit.

Hugo Tir tranzistor

Iată caracteristicile de transfer ale tranzistorului Buz11, și anume fluxul fluxului de curgere și tensiunea sursei de stoc din valoarea tensiunii de pe poartă. Se poate observa că deschiderea tranzistorului începe cu o anumită valoare a URP și este destul de rapid inclusă în saturație.

Aici este caracteristica statică a tranzistorului Buz11, și anume dependența fluxului de flux din tensiunea sursei de stoc. Etichete puncte marcate de tranziție la modul de saturație

Stabilitatea tranzistorilor de teren la supraîncărcările curente, rezistența ridicată a intrărilor, care permite reducerea semnificativă a pierderilor de control, viteza de comutare ridicată, coeficientul de temperatură pozitivă de rezistență - toate acestea permise instrumentele cu controlul câmpului nu numai pentru a înlocui practic dispozitivele bipolare, dar și pentru a crea O nouă direcție în ingineria electrică - electronică de putere intelectuală,În cazul în care controlul fluxurilor de energie se desfășoară aproape orice putere frecvențe de ceas Despre zeci de kilohertz, adică de fapt în timp real.

Cu toate acestea, la curenții înalți, tranzistoarele de teren sunt inferioare tranzistorilor bipolare în magnitudinea pierderilor directe. Dacă in. tranzistor bipolar. Sub rezerva saturației, pierderea este determinată de P \u003d IKUPR, unde UPR este practic independent de curent și aproximativ egal cu înălțimea barierei potențiale pe două deschise tranziții p-n, apoi în câmpul tranzistoarelor p \u003d IC2 RPD, unde RPD este în principal rezistența unui canal omogen.

Soluția la această problemă a fost găsită în combinarea controlului câmpului cu un tranzistor bipolar. Un astfel de tranzistor bipolar cu un obturator izolat este mai renumit sub denumirea comercială IGBT (tranzistor bipolar de izolație).

Hugo pentru IGBT.

După cum se poate observa, aici la designul vertical al tranzistorului de câmp a fost adăugat ca un substrat P + strat și între emițătorul E și colectorul K a fost format un tranzistor bipolar P-N-P. Sub influența potențialului pozitiv la poarta G, canalul conductiv are loc în zona R, care deschide tranziția J1. În acest caz, injectarea de nivel inferior N este stratul începe injectarea de purtători non-core, stratul J2 este deschis și curentul este pornit între colector și emițător, care este susținut de purtătorii din P -Lai, care deține tranziția PN J1 în starea deschisă. Dropul de tensiune pe JGBT este determinat de scăderea tensiunii de pe tranzițiile P-N deschise J1 și J2, precum și în tranzistorul bipolar obișnuit. Timpii de închidere JGBT sunt determinate de timpul de dizolvare a mediilor non-core din aceste tranziții. Adică, dispozitivul este pornit ca tranzistor de câmp și se oprește ca bipolar, așa cum se poate observa pe exemplul de comutare a instrumentului GA100T560U_IR.

Această structură poate fi reprezentată ca o combinație a unui tranzistor de control al câmpului și a unui tranzistor principal bipolar.

Dependența de temperatură a scăderii tensiunii pe JGBT este determinată de coeficientul negativ la tranziția J2 și de coeficientul pozitiv pe canalul stratului P, precum și stratul N. Ca rezultat, dezvoltatorii au reușit să facă coeficientul de temperatură pozitiv predominant, care a deschis drumul spre a conecta paralel aceste structuri semiconductoare și a făcut posibilă crearea de instrumente în curenți aproape nelimitați.

Ansamblu pe IGBT pentru comutare

tensiune de până la 3300 V și curenți

Clasificarea elementelor neliniare

Lanțuri electrice neliniare

Secțiunea II. Lanțuri neliniare.

Lanțurile neliniare sunt lanțuri în care există cel puțin un element neliniar, un element neliniar este un element pentru care conexiunea curentă și de tensiune este stabilită de o ecuație neliniară.

ÎN lanțuri neliniare. Principiul impunerii nu este îndeplinit și, prin urmare, nu există metode generale de calcul. Aceasta determină necesitatea de a dezvolta metode speciale pentru calcularea fiecărui tip de elemente neliniare și modul lor.

Elementele neliniare clasificate:

1) În natură fizică: conducere, semiconductor, dielectric, electronic, ion, etc.;

2) natura Împărțiți-vă pe rezistiv, capacitiv și inductiv;

Wah kvh wah

3) după tipul de caracteristici Toate elementele sunt împărțite

Pe simetrice și asimetrice. Simetric - acestea sunt cele ale căror caracteristici sunt simetrice față de origine. Pentru elementele non-simetrice, direcția pozitivă de tensiune sau curentul este aleasă pentru totdeauna și pentru totdeauna și pentru ele în cărțile de referință este dat. Numai o astfel de direcție poate fi utilizată la rezolvarea problemelor folosind acestea.

Pe un ambiguu și ambiguu. Ambiguu atunci când o valoare curentă sau de tensiune pe WH corespunde mai multor puncte;

4) elemente inerțiale și non-indicatoare.Elementele inerțiale se numesc astfel de elemente în care neliniaritatea se datorează încălzirii corpului în timpul pasajului curent. T. K. Temperatura nu se poate schimba rapid, atunci când treceți de un astfel de element curent alternativ Cu o frecvență suficient de mare și nemodificată validă, temperatura elementului rămâne aproape constantă pe întreaga perioadă a schimbării curente. Prin urmare, pentru valori instantanee, elementul se dovedește a fi liniar și se caracterizează printr-o valoare constantă de R (I, U). Dacă valoarea curentă a curentului este modificată, temperatura se va schimba și rezultatul este o altă rezistență, adică pentru valorile existente, elementul va deveni neliniar.

5) elemente controlate și neangajate. Mai sus am vorbit despre elementele neangajate. Elementele controlate includ elemente cu trei sau mai multe concluzii, în care, schimbarea curentului sau a tensiunii într-o singură ieșire, pot fi modificate prin alte concluzii.

Depinzând de sarcina specifica Este convenabil să se utilizeze anumiți parametri ai elementelor, iar numărul total este mare, dar cel mai adesea utilizat parametri statici și diferențiali. Pentru un element bipolar rezistiv, aceasta va fi o rezistență statică și diferențială.

La un punct specificat de wah

La un punct de lucru dat wah

1. Dați o creștere a tensiunii mici. Găsiți peste Wah cauzată de această creștere, creșterea curentului și luați atitudinea lor. Dezavantajul acestei metode este acela că este necesar să se reducă acuratețea calculului Du. și Di.Dar este greu să lucrezi cu programul.

2. la punctul specificat al curbei, tangente și apoi în funcție de determinarea geometrică a derivatului, primiți

Unde creșterile sunt luate pe acest tangent și pot fi minunate.

Dacă se cunoaște modul de funcționare a elementului neliniar, rezistența sa statică este cunoscută în acest moment, precum și tensiunea și curentul, astfel încât acesta poate fi înlocuit cu una din cele 3 metode.

Dacă se știe că, în timpul funcționării circuitului, schimbarea curentă și tensiune în interiorul "liniei mai mult sau mai puțin drepte a WAH", atunci această zonă este descrisă de ecuația liniară și pune-o în conformitate cu un astfel de circuit echivalent.

Liniar această secțiune a ecuației de tip U \u003d a + ibCoeficienții ecuației sunt îndeplinite.

Pentru i.\u003d 0 I. U \u003d u 0 \u003d a,

L11 Lanțuri neliniare

Subiecte SRSP.

Pregătirea pentru măsurători, îngrijire pentru dispozitivele. [L1], p.135-140.

Literatura principală

1. M.S. Sternzat și A.A.APozhnicov, dispozitive meteorologice, observații și tratamentul lor, L, GMI, 1959

2.O.a. gorodetsky, i.i.gource, v.Vrin, meteorologie, metode și mijloace tehnice de observații, GMI, L, 1984

Literatură suplimentară

1. Instrucțiuni de către stațiile și posturile hidrometeorologice, Partea 1, Almaty, 2002

2. A.V. Kapustin, N.P. Rostoruk, Mijloace tehnice Hidrometeorologic Service, SP, 2005

3. N.P. Fateev, verificarea dispozitivelor meteorologice, GMI, L, 1975

4. Ghid pentru verificarea dispozitivelor meteorologice, GMI, L, 1967

Proprietățile elementelor circuitului electric (rezistență, inductanță, capacitate) sunt descrise prin caracteristicile lor statice. Caracteristica statică a rezistenței active este caracteristica Voltampperului. Pentru inductanță, caracteristica statică este o caracteristică Weber-Ampere: dependența dintre actualul I și fluxul magnetic F. Caracteristica statică a recipientului este relația dintre încărcare Q și tensiunea U c. Se numește o caracteristică de tensiune.

Caracteristica statică a elementului lanțului este exprimată prin o anumită dependență funcțională y \u003d f (x).

Funcția Y poate fi considerată ca răspuns la impactul X.

Parametrul static al elementului de lanț este numit relația

Parametrul diferențial este egal

Parametrul diferențial este adesea numit o abruptură (e)

De la y \u003d rx, atunci

Parametrii elementelor liniare nu depind de modul de operare, adică Din magnitudinea expunerii x.

Prin urmare, caracteristicile statice ale unui element liniar (pasiv) sunt directe, trecând prin originea coordonatelor (figura 9.1), iar parametrul diferențial este axa X (figura 9.2).

Smochin. 9.1. Caracteristicile statice ale elementului liniar

Smochin. 9.2. Parametrul diferențial al elementului liniar

Valorile parametrilor statici și diferențiali ai elementului liniar coincid, adică

unde M Y și M X este scara X și Y, la m y \u003d m x p \u003d p d \u003d tga.

Pentru elementul neliniar, este caracteristică că parametrii săi depind de modul de funcționare, adică Din magnitudinea expunerii x.

Desenați o caracteristică statică a unui fel de anunț. (Figura 9.z).

Smochin. 9.3. Caracteristică statică.

În orice punct arbitrar, caracterul M, parametrul static este determinat de unghiul A - înclinația secvențială, efectuată de originea coordonatelor până la punctul M (figura 9.3).

Dacă m x \u003d m y, atunci p \u003d tga.

Parametrul diferențial (abreea) în același punct este proporțional cu tangentul unghiului B între tangentă la curbă la un punct dat și axa X (figura 9.3).

Orice sistem haotic ar trebui să aibă elemente sau proprietăți neliniare. În sistemul liniar nu poate exista oscilații haotice. În sistemul liniar, influențele externe periodice sunt cauzate după ce procesele de tranziție au atenuarea răspunsului periodic al aceleiași perioade (figura 2.1). (Excepții sunt sisteme liniare parametrice.) În sistemele mecanice, sunt posibile următoarele componente neliniare:

1) elemente elastice neliniare;

Smochin. 2.1. Schema de transformări posibile de semnal în sistemele liniare și neliniare.

2) atenuarea neliniară, similară cu frecare și alunecare;

3) mișcarea mortă, decalajul sau izvoarele bilinetare;

4) cele mai multe fenomene hidrodinamice;

5) condiții de limită neliniare.

Efectele elastice neliniare pot fi asociate fie cu proprietăți ale substanțelor, fie cu caracteristici geometrice. De exemplu, raportul dintre solicitările din proba de cauciuc și deformarea acestuia este neliniară. Cu toate acestea, deși raportul dintre solicitările și deformările din oțel este, de obicei, liniar până la rezistența la randament, coturile puternice, plăcile sau cochilii pot fi conectate neliniar la forțele și momentele atașate. Efecte similare asociate cu deplasările puternice sau rotații, în mecanică, se numește de obicei neliniarități geometrice.

Proprietățile neliniare ale sistemelor electromagnetice se datorează următorilor factori:

1) rezistențe neliniare, rezervoare sau elemente inductive;

2) histerezis în materiale feromagnetice;

3) elemente neliniare active cum ar fi lămpi de vid, tranzistoare și diode;

4) Efecte caracteristice mediilor în mișcare, cum ar fi forța electromotoare, unde V este viteza și B este un câmp magnetic;

5) Forțele electromagnetice, de exemplu, în cazul în care J - curentul sau, unde M este un moment magnetic dipol.

Exemple de dispozitive neliniare sunt astfel de circuite electrice convenționale, cum ar fi diodele și tranzistoarele.

Smochin. 2.2. Probleme neliniare cu mai multe poziții de echilibru: a - o îndoire longitudinală a unei tije elastice subțiri sub acțiunea încărcării axiale la sfârșit; 6 - Îndoirea longitudinală a unei tije elastice cu forțe de masă magnetică neliniară.

Materialele magnetice, cum ar fi fierul, nichelul sau ferita, se caracterizează prin rapoarte neliniare de material între câmpul de magnetizare și densitatea fluxului magnetic. Prin intermediul amplificatoare de operare și diode Unele experimente pot fi colectate cu o rezistență negativă cu caracteristica bilineară volt-amperă (vezi CH. 4).

Nu în nici un sistem, este ușor să se identifice, în primul rând, deoarece suntem adesea obișnuiți să argumentăm în limba sistemelor liniare și, în al doilea rând, deoarece componentele principale ale sistemului pot fi liniare, iar neliniaritatea este un efect subțire. De exemplu, elementele de fermă individuale de fixare pot fi elastice liniar, dar ele sunt asamblate astfel încât să existe lacune și există frecare neliniară. Astfel, neliniaritatea poate fi ascunsă în condiții de graniță.

Într-un exemplu cu o tijă curbată, elementele neliniare sunt eliberate fără dificultate (figura 2.2). În orice dispozitiv mecanic, care are mai mult de o poziție de echilibru static, există un decalaj, un accident vascular cerebral mort sau o rigiditate neliniară. În cazul unei tije extinse de sarcină la capăt (figura 2.2, a), vinovatul este neliniaritatea geometrică a rigidității. În tija, forțele magnetice de îndoire (figura 2.2, b), sursa comportamentului haotic al sistemului sunt forțe magnetice neliniare.