Элементов и их характеристики

Свойства нелинейных двухполюсников обычно описывают их статическими характеристиками. Общепринятой характеристикой нелинейного резистивного двухполюсника является его вольт-амперная характеристика (ВАХ).

Статическая ВАХ – это зависимость тока, протекающего через нелинейный резистивный элемент, от приложенного к нему напряжения в установившемся режиме (или наоборот – зависимость падения напряжения на элементе от протекающего через него тока).

Статическая ВАХ определяет свойства элемента при переменном напряжении (токе) низкой частоты, значение которой не превышает предельно допустимого значения.

В зависимости от числа внешних выводов различают нелинейные двухполюсные элементы (резисторы с нелинейным сопротивлением, электровакуумные и полупроводниковые диоды) и нелинейные многополюсные элементы (транзисторы и тиристоры различных типов, электровакуумные триоды и пентоды).

ВАХ нелинейного двухполюсного элемента может быть симметричной (рис.12.2,а) или несимметричной (рис.12.2,б,в) относительно начала координат.

Рис.12.2 – Статические вольт-амперные характеристики различных

нелинейных резистивных элементов

Для симметричной ВАХ справедливо условие I (U) = - I (- U), а для несимметричной I (U) ¹ - I (- U).

Очевидно, что режим работы нелинейной цепи не изменится, если выводы нелинейного резистивного элемента с симметричной характеристикой поменять местами.

Различают нелинейные резистивные элементы с монотонной (рис.12.2, а) и немонотонной (рис.12.2, б, в) ВАХ.

У элементов с монотонной ВАХ увеличение приложенного к элементу напряжения приводит к росту (или хотя бы не уменьшению) тока и, наоборот, увеличение тока приводит к возрастанию напряжения на элементе.

Напряжение и ток на зажимах такого элемента связаны между собой однозначной зависимостью, причем производные ВАХ во всех ее токах принимают только неотрицательные значения, т.е.

, .

ВАХ нелинейного элемента является немонотонной, если хотя бы в ограниченном диапазоне изменения токов и напряжений рост напряжения на зажимах элемента приводит к уменьшению тока или, наоборот, увеличение тока приводит к снижению напряжения.

Ток и напряжение нелинейного резистивного элемента с немонотонной ВАХ не связаны между собой взаимно однозначной зависимостью (рис.12.2,б,в).

Многообразие всех ВАХ нелинейных двухполюсников можно свести к шести основным типам (рис.12.3, а-е).

Рис.12.3

ВАХ могут иметь зон нечувствительности, т.е. «ступеньку» по напряжению или по току (рис.12.4, а, б).

Рис.12.4

Вид ВАХ нелинейного резистивного двухполюсника может зависеть от некоторой величины, не связанной непосредственно с токами или напряжениями цепи, в которую включен данный элемент, в частности от температуры, освещенности, давления и др. Такие элементы относятся к неэлектрически управляемым двухполюсникам.

Так как каждому значению управляющей величины соответствует своя кривая, характеризующая зависимость между током и напряжением на зажимах неэлектрически управляемого резистивного двухполюсника, также двухполюсники характеризуются не одной ВАХ, а семейством ВАХ (рис.12.5).

Рис.12.5 – Семейство ВАХ термистора

Важнейший класс нелинейных резистивных элементов составляют электрически управлямые элементы (транзисторы различных типов, вакуумные и газоразрядные трехэлектродные и многоэлектродные приборы. Элементы этого типа содержат два основных электрода:

- катод и анод у электронных ламп;

- эмиттер и коллектор у биполярных транзисторов;

- сток и исток у полевых транзисторов.

Сопротивление между основными электродами изменяется под действием тока или напряжения одного или нескольких управляющих электродов: сетки у электронных ламп; базы у биполярных транзисторов; затвора или подложки у полевых транзисторов.

В частности, ток i нелинейного резистивного трехполюсника (рис.12.6), имеющего два основных и один управляющий электрод, является функцией напряжения между основными электродами u и тока управления i _упр или напряжения u _упр управляющего электрода:

i = i (u, i упр) или i = i (u, u упр).

Рис.12.6 – Электрически управляемый нелинейный трехполюсник

Как видно из рис.12.6, электрически управляемый нелинейный резистивный трехполюсник имеет две стороны: входную (управляющую) и выходную (управляемую), причем один из выводов трехполюсника является общим для обеих сторон. Электрически управляемые нелинейные резистивные элементы могут быть охарактеризованы различными семействами ВАХ.

Выходные ВАХ отображают зависимость между выходным током i и выходным напряжением u при различных значениях входного тока i _упр или напряжения u _упр.Типовые выходные ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рис.12.7, а) представлены на рис.12.7, б.

Рис.12.7

Полная классификация нелинейных элементов представлена в таблице 12.1, а примеры нелинейных резистивных элементов с их условными графическими обозначениями и вольтамперными характеристиками приведены в таблице 12.2.

Таблица 12.2 – Резистивные НЭ и их ВАХ

Элемент, графическое обозначение	Вид ВАХ	Характеристика ВАХ
Двухполюсные резистивные элементы
Варистор		Симметричная I (U) = - I (- U), монотонная (dI / dU) > 0
Электровакуумный диод		Несимметричная, монотонная ВАХ (dI / dU) > 0
Неоновая лампа		ВАХ с падающим участком (dI / dU) < 0, несимметричная, немонотонная, S-типа
Полупровод-никовый диод		ВАХ несимметричная, монотонная
Стабилитрон		ВАХ несимметричная, монотонная
Тоннельный диод		ВАХ с падающим участком, несимметричная, немонотонная, N-типа
Неэлектрически управляемые двухполюсные резистивные элементы
Терморезистор		ВАХ с падающим участком, сопротивление зависит от температуры
Фотодиод		ВАХ несимметрична, монотонна, с насыщением по току. Сопротивление зависит от светового потока
Электрически управляемые трехполюсные резистивные элементы
Биполярный транзистор типа n-p-n	Выходные ВАХ	ВАХ несимметрична, монотонна, с насыщением по току. Выходной ток зависит от напряжения и от входного тока: I к = I (I Б, U кэ)
Тиристор		ВАХ несимметрична, немонотонна, S-типа, зависит от напряжения на управляющем электроде

Дата добавления: 2015-11-03