|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Calcolo di circuiti non lineari. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante I circuiti lineari sono quelli le cui proprietà non dipendono dalla tensione o dalla corrente applicata. Un elemento lineare è un resistore (purché la corrente non sia troppo elevata e il resistore non si surriscaldi e non si bruci), un condensatore (purché la tensione ai suoi capi sia inferiore alla tensione di rottura) e molti altri. Fino ad ora, ci siamo occupati solo di tali. Tuttavia, in alcuni casi, le proprietà degli elementi cambiano a seconda della tensione su di essi o della corrente. Tali elementi ei circuiti in cui sono inclusi sono chiamati non lineari. Gli elementi non lineari tipici e più comuni sono i dispositivi a semiconduttore (diodi, transistor), i dispositivi a scarica di gas e i tubi a vuoto. Esistono resistori non lineari (varistori) e capacità non lineari (varicap). Un induttore con un nucleo magnetico è sempre non lineare in una certa misura. A seconda dello scopo dell'elemento, cercano di ridurre la non linearità (ad esempio negli amplificatori) o, al contrario, di enfatizzarla il più possibile (nei rivelatori e raddrizzatori, negli stabilizzatori di tensione e corrente). Consideriamo dapprima il comportamento degli elementi non lineari a semiconduttore in corrente continua, passando dal semplice al complesso. Anche la caratteristica corrente-tensione di un diodo convenzionale può essere descritta solo approssimativamente analiticamente (utilizzando una formula). Può essere impostato sotto forma di tabella che mette in relazione la corrente attraverso l'elemento con la tensione ai suoi terminali, ma è meglio farlo graficamente. Non per niente le caratteristiche di diodi e transistor sono riportate nei libri di consultazione sotto forma di grafici! Sulla fig. 18 mostra la caratteristica corrente-tensione della corrente i attraverso un diodo astratto a seconda della tensione ai suoi terminali U. Con tensione inversa attraverso il diodo (a sinistra del punto 0 sul grafico), la corrente attraverso il diodo è molto piccola ( corrente inversa). Ad una tensione diretta al di sotto di una certa soglia Upop, anche la corrente è piccola, ma la situazione cambia quando U>Upor. Ora la corrente sale bruscamente e la curva sale ripidamente. La tensione di soglia dipende dalla sostanza del semiconduttore. Per i diodi al germanio, è di circa 0,15 V, per il silicio - 0,5 V.
La pendenza della caratteristica corrente-tensione in ogni punto determina la resistenza differenziale del diodo. È facile determinarlo impostando un certo incremento di tensione D11 e trovando il corrispondente incremento di corrente Δi1; Vdiff = ΔU1/Δi1. Sul lato sinistro del grafico è grande e sul lato destro è piccolo - lì lo stesso incremento di tensione ΔU2 = ΔU1 corrisponde a un incremento di corrente molto maggiore Δi2. La forte dipendenza di Vdiff dalla tensione o dalla corrente attraverso un diodo è ampiamente utilizzata nell'ingegneria radio. Calcoliamo, ad esempio, lo stabilizzatore di tensione più semplice (Fig. 19), contenente un diodo a semiconduttore VD1 e un resistore limitatore di corrente R1. È abbastanza ovvio che la somma delle cadute di tensione attraverso il resistore e attraverso il diodo è uguale alla tensione di ingresso Uin. Chiamiamo la caduta attraverso la tensione di stabilizzazione del diodo Ust. Allora Ust = Uin - iR1. Ma la corrente nel circuito dipende da Ust, quindi non è possibile risolvere analiticamente questa equazione, ma è facile farlo graficamente.
Tracciamo Uin sull'asse orizzontale e disegniamo una caratteristica di carico corrispondente al resistore R1 selezionato (linea retta in Fig. 18). Ricordiamo che è disegnato attraverso due punti sugli assi: Uin e iK3 = Uin/R1. Solo in un punto le correnti attraverso il diodo e il resistore coincidono - nel punto di intersezione della caratteristica del diodo con la linea di carico - altre modalità nel circuito sono impossibili. Il punto di intersezione e fornisce l'Ust desiderato. Graficamente, puoi vedere come cambia Ust quando cambia Uin o la resistenza del resistore R1. In pratica, i diodi di stabilizzazione della tensione convenzionali sono usati raramente, solo quando sono richieste basse tensioni. I diodi Zener sono ampiamente utilizzati, prodotti per un'ampia varietà di tensioni. Anche questi sono diodi, ma lavorano sul ramo inverso della caratteristica. A una certa tensione, in essi si verifica un guasto a valanga reversibile e la corrente aumenta bruscamente. Il circuito per l'accensione di un diodo zener invece di un diodo è mostrato in fig. 19 linee tratteggiate. Poiché la caratteristica del diodo zener nella regione di Ust è molto ripida e Ust è pressoché indipendente dalla corrente, il calcolo del circuito è semplificato: data la corrente attraverso il diodo zener i, troviamo R1 = (Uin-Ust) / io. Se un carico è collegato in parallelo al diodo zener, consumando una certa corrente iH, allora i = ist + iH, dove ist è la corrente attraverso il diodo zener. Va notato che la stabilizzazione è migliore, maggiore è la corrente del diodo zener rispetto alla corrente di carico. Come altro esempio, calcoliamo la modalità di un semplice stadio di amplificazione a transistor (Fig. 20).
Un transistor al silicio, ad esempio, la serie KT315, si apre a una tensione di base di circa 0,5 V, tuttavia è impossibile applicare tale polarizzazione da una sorgente di tensione (una sorgente con bassa resistenza interna), poiché il minimo cambiamento nel la tensione di polarizzazione porterà a un grande cambiamento nella corrente attraverso il transistor. Si consiglia di fornire una corrente di polarizzazione attraverso un resistore con una grande resistenza R1, ma non da una fonte di alimentazione (come a volte viene fatto in modo errato), ma per stabilizzare la modalità dal collettore del transistor. Si consiglia di impostare la tensione sul collettore pari alla metà della tensione di alimentazione: UK = Upit/2. Ciò garantirà una buona linearità dell'amplificatore e un clipping simmetrico dei segnali forti. Impostiamo la corrente del collettore del transistor (per ragioni ragionevoli - per cascate a bassa potenza da frazioni a diversi milliampere) e troviamo R2 = Upit / 2iK. L'impedenza di uscita della cascata sarà la stessa. Ora prendiamo il coefficiente di trasferimento corrente del transistor h21E dal libro di consultazione e troviamo la corrente di base ib = iK / h21E- Resta da trovare la resistenza del resistore di polarizzazione R1 = Upit / 2ib. È facile vedere che R1 =R2 h21E. Il calcolo è terminato, però, se h21E del transistor è molto diverso dal valore preso dai dati di riferimento, può essere necessario selezionare la resistenza R1 fino ad ottenere UK = Upit / 2. Soffermiamoci brevemente sul comportamento dei circuiti non lineari quando esposti a corrente alternata, e consideriamo ad esempio il funzionamento di un limitatore simmetrico realizzato su due diodi al silicio collegati in antiparallelo (Fig. 21).
Se la tensione di ingresso Uvx è molto maggiore di Uthr, la corrente nel circuito è determinata solo dalla tensione di ingresso e dalla resistenza del resistore R1: i = Uvx / R1. La caratteristica corrente-tensione dei diodi verrà visualizzata come una curva simmetrica, mostrata in fig. 22. Avendo costruito un grafico della corrente sulla sinistra (nell'esempio, una sinusoide), è facile tracciare punto per punto il grafico della tensione sui diodi (curva sotto). Vediamo che la forma della tensione risultante è quasi rettangolare, con un'ampiezza di circa 0,5 V.
Allo stesso modo, puoi trovare la forma della corrente o della tensione in qualsiasi altro circuito con caratteristiche non lineari. Notiamo una circostanza importante. Se nei circuiti lineari con azione sinusoidale con una certa frequenza f non sorgono segnali con altre frequenze, allora nei circuiti non lineari tutto è diverso. Nel nostro esempio, al limitatore è stata applicata una tensione sinusoidale di una frequenza f e la tensione di uscita contiene già un intero spettro di frequenze, in questo caso f, 3f, 5f, ecc. Le frequenze multiple sono chiamate armoniche. Se uno dei diodi è spento, saranno limitate solo le semionde di una polarità e appariranno anche le armoniche. L'immagine è ancora più complicata, se la somma delle oscillazioni con frequenze diverse f1 e f2 entra nel circuito non lineare - quindi appariranno le frequenze combinate f1 + f2, f1 - f2 e altre, nel caso generale mf1 ± nf / 2, dove min sono numeri interi. Poiché l'ampiezza di questi prodotti di distorsione non lineare è direttamente correlata al coefficiente di non linearità, diventa possibile stimare quest'ultimo, ad esempio, negli amplificatori di frequenza audio, applicando un segnale bitonale all'ingresso e misurando il ampiezza delle componenti laterali all'uscita dell'amplificatore. Domanda per autotest. Tracciare la caratteristica corrente-tensione di una normale lampadina a incandescenza, dato che la resistenza del filamento è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta (la normale temperatura ambiente è 300°K, la temperatura del filamento a pieno calore è 3000°K). Naturalmente, non possiamo risolvere rigorosamente il problema termodinamico della dipendenza della temperatura del filamento della lampada dalla tensione, corrente o potenza applicata, poiché ciò richiederà la soluzione di equazioni differenziali. Tuttavia, possiamo costruire un grafico approssimativo della caratteristica corrente-tensione (CVC) della lampada sulla base di quanto segue: a tensione zero non c'è corrente, la temperatura del filamento è 300 K e la sua resistenza è Ro. Questa è la resistenza differenziale nel punto zero della VAC, che determina la pendenza della curva: α0~ΔI/ΔU=1/R0. Indichiamo le coordinate del punto finale del CVC come Unom e Inom. Queste sono la tensione e la corrente nominali della lampada. La resistenza differenziale a questo punto è 10 volte maggiore (poiché la temperatura è di 3000 K). Di conseguenza, α1 sarà inferiore: α~ 1/10Ro Ciò che rimane, avendo due punti del CVC e due direzioni della curva in questi punti, collegali con una linea liscia (Fig. 62).
Come puoi vedere, una normale lampada a incandescenza ha le proprietà di uno stabilizzatore di corrente: un baratto, poiché con variazioni significative della tensione sulla lampada (specialmente vicino a UHOM), la corrente attraverso la lampada cambia poco. Autore: V.Polyakov, Mosca
Un nuovo modo di controllare e manipolare i segnali ottici
05.05.2024 Tastiera Seneca Premium
05.05.2024 Inaugurato l'osservatorio astronomico più alto del mondo
04.05.2024
▪ Sony PlayStation Portatile 2 ▪ Autobus elettrico a idrogeno ▪ La somiglianza facciale aumenta la fiducia tra persone dello stesso sesso ▪ Monitor illuminato naturalmente
▪ sezione del sito Lavori elettrici. Selezione dell'articolo ▪ articolo Oggi sono un genio. Espressione popolare ▪ articolo Come è stato scoperto il vetro? Risposta dettagliata ▪ articolo di Joster Pursha. Leggende, coltivazione, metodi di applicazione ▪ articolo Sensori termici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica ▪ articolo Sciarpe misteriose. Messa a fuoco segreta
Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito
www.diagram.com.ua |
Vedi altri articoli sezione 
Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:
Tutte le lingue di questa pagina