Учебное пособие: Электрические измерения
Под нелинейными электрическими цепями принято понимать электрические цепи, содержащие нелинейные сопротивления (НС) вольтамперные характеристики которых в отличии от линейных сопротивлений носят нелинейный характер. Нелинейные сопротивления могут быть подразделены на две большие группы: неуправляемые и управляемые НС. В управляемых НС в отличии от неуправляемых, кроме основной цепи, как правило, есть еще по крайней мере одна вспомогательная, или управляющая цепь, воздействуя на ток или напряжение которой можно деформировать в.а.х. основной цепи. В неуправляемых НС в.а.х. изображаются одной кривой, а в управляемых – семейством кривых. В группу управляемых НС входят лампы накаливания, электрическая дуга, бареттер, газотрон, стабиловольт, полупроводниковые выпрямители (диоды) и другие НС.
В группу управляемых НС входят трех ( и более) электродные лампы, полупроводниковые триоды (транзисторы), тиристоры и другие элементы.
НС входят в электрические цепи, применяемые в автоматике, телемеханике, измерительной и вычислительной технике.
Статическое сопротивление характеризует поведение нелинейного элемента в режиме неизменного тока, а дифференциальное при малых отклонениях тока от установившегося значения.
Расчеты нелинейных электрических цепей ведутся большей частью графическим методом, в основу которого положены законы Кирхгофа и в.а.х. отдельных элементов, входящих в электрическую цепь.
Для расчета неразветвленной цепи (рисунок 3.3) с двумя нелинейными элементами, имеющими в.а.х. I = F1 (U1 ) и I = F2 (U2 ) строят в выбранном масштабе вспомогательную кривую I = F2 (U1 + U2 ) представленную на рисунке 3.4. Наличие этой кривой позволяет найти графическим путем значение тока I и напряжения на отдельных участках цепи (U1 и U2 ) для любого значения U.
Из сравнения кривых, приведенных на рисунке 3.1б и рисунке 3.1в следует, что величина сопротивления нелинейных элементов зависит не только от величины протекающего тока или приложенного напряжения, но и от направления их действия.
На рисунке 3.1 представлены в.а.х. линейного (а), нелинейного (б) и нелинейного несимметричного (в) элементов.
Для каждого нелинейного элемента различают статическое сопротивление rст , соответствующее данной точке в.а.х., например, точке А (рисунок 3.2)
rСТ = 
= 
tgα , (3.2)
и дифференциальное сопротивление rД , которое для той же точки А определяется по формуле
rД = 
= 
tg
, (3.3)
где 
– масштаб сопротивлений.
Расчет цепи с параллельно включенными НС (рисунок 3.5) при заданном напряжении на зажимах разветвления заключается в нахождении токов в ветвях по их в.а.х. (рисунок 3.6). поскольку напряжение на ветвях одинаково, то отложив его на оси абцисс, найдем токи I1 и I2 . результирующий ток равен сумме токов в ветвях I = I1 + I2 .В случае смешанного соединения сопротивлений сначала определяются характеристики параллельных участков, затем строятся характеристики цепи по характеристикам участков, соединенных последовательно.
 |
аб
Рисунок 3.1
 |
Рисунок 3.2 – Вольтамперная характеристика полупроводникового выпрямителя
Рисунок 3.3 – Последовательное включение цепи HC
Рисунок 3.4 – В.А.Х. неразветвленной цепи
Рисунок 3.5 – Параллельное соединение двух НС
Объект и средства исследования
Объектом исследования служит электрическая цепь постоянного тока, состоящая из линейных и нелинейных элементов (рисунок 3.7)
Для проведения исследования используют:
1) источник постоянного тока – 30 В;
2) реостат Rper ;
3) амперметры А, А1 , А2 – (0-2)А;