Нелінійні електричні кола

1. ЛЕКЦІЯ №7 (продовження теми №5 – Нелінійні електричні кола)
5.3. Особливості нелінійних кіл змінного струму
В нелінійних електричних колах змінного струму розрізняють інерційні та без інерційні
елементи.
Інерційним називають елемент, який здатний змінювати свої параметри з часом.
Прикладом інерційного нелінійного елементу може слугувати лампа розжарювання.
Час, необхідний для розжарювання нитки лампи, значно більший за період змінного
струму. Тому температуру і, отже, опір нитки лампи, можна вважати постійними протягом
періоду змінного струму. Це означає, що опір інерційного елементу не залежить від миттєвих
значень струму і напруги. Оскільки інерційний елемент є лінійним по відношенню до миттєвих
значень і та u, то форма кривої струму цього елементу завжди повторює форму кривої
прикладеної напруги. Нелінійність інерційного елементу проявляється лише залежністю його
опору від діючих значень I та U.
Якщо коло складається з інерційних нелінійних резистивних елементів, то його
розрахунок у діючих значеннях струму і напруги виконують за такими ж методиками, що і
розрахунок нелінійних кіл постійного струму.
Безінерційні елементи є нелінійними по відношенню, як до миттєвих так і для діючих
значень струму і напруги. Це напівпровідникові електронні пристрої, котушки з
феромагнітним магнітопроводом тощо.
Графіки миттєвих значень струму і напруги безінерційних елементів відрізняються один
від одного за формою. Тому, якщо коло, яке містить безінерційний елемент підключити до
джерела синусоїдної напруги, то у цьому колі буде діяти несинусоїдний струм.
Властивості, які проявляють нелінійні елементи у колах змінного струму широко
використовуються на практиці, зокрема для випрямлення змінного струму.
5.4. Випрямлення змінного струму
Для випрямлення змінного струму, точніше, для перетворення змінної напруги (рис. 1.73,
а) у напругу однієї полярності широко використовують так звані “випрямляючі” елементи або
інакше – випрямлячі. Найпростіше з випрямляючих кіл (рис. 1.73, б) включає у себе джерело
синусоїдної напруги (ЕРС), резистор Rн навантаження і нелінійний елемент – випрямляючий
діод VD (електричний вентиль), опір якого суттєво залежить від полярності напруги (див. рис.
1.67, а).

2. a
u
i
Rнuн
в
б
VD
u
i
VD1
Rн
VD2
VD3
VD4 i
t
uн
0 T
uн ,i
i
uн
0 T t
uн ,i
T/2
u
0 T/2 T t
Рис. 1.73. Графік зміни напруги на вході випрямляча (а) та графіки зміни напруги і струму
навантажувального резистора при застосуванні одно- (б) та двонапівперіодного (в)
випрямлячів.
При одній полярності напруги опір діода практично дорівнює нулю (вентиль відкритий),
а при іншій – нескінченно великий (вентиль закритий). Таким чином, у разі прикладення до
затискачів кола синусоїдної напруги, внаслідок однобічної провідності діоду VD, струм у колі
буде існувати лише протягом t = T/2, тобто протягом половини періоду. Цей пульсуючий струм
i створює на навантажувальному резисторі Rн пульсуючу напругу uн (рис. 1.73 ,б), яку, власне
кажучи і називають випрямленою.
Інакше, розглянуте коло називають однонапівперіодним випрямлячем. Для використання
обох півхвиль змінної напруги застосовують двонапівперіодні випрямлячі.
Двонапівперіодне випрямлення може бути здійснене, наприклад, з використанням так
званої мостової схеми (рис. 1.73, в). Тут, у одну діагональ випрямляючого моста вмикають
навантажувальний резистор Rн, а у другу – джерело з синусоїдною напругою u. При одній
полярності напруги джерела відкритими є діоди VD1 і VD4, а при іншій – діоди VD2 і VD3. В
результаті, струм i і напруга uн на навантажувальному резисторі Rн існують протягом періоду
Т.
5.5. Питання для самоперевірки за розділом “Нелінійні електричні кола”
1. Який елемент називають нелінійним?
2. Яке електричне коло називають нелінійним?
3. Яки нелінійні елементи Ви знаєте?
4. Чому лампа розжарювання найчастіше виходить з ладу при її вмиканні?
5. Як визначити статичний та диференціальний опори нелінійного елементу?
6. Чи може нелінійний елемент мати від’ємний диференціальний опір?
7. Як розраховують електричне коло з послідовним (паралельним) з’єднанням нелінійних
елементів?

3. 8. Як розраховують електричне коло з мішаним з’єднанням нелінійних елементів?
9. Чому метод перетину характеристик звичайно використовують для розрахунку кіл з
керованими нелінійними елементами?
10. Який з нелінійних елементів використовують для випрямлення змінного струму?
11. Який вигляд має електрична схема однонапівперіодного (двонапівперіодного)
випрямляча?