חישוב מעגלים לא ליניאריים. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

חישוב מעגלים לא ליניאריים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / חובב רדיו מתחיל

מעגלים ליניאריים הם אלה שמאפיינים אינם תלויים במתח או בזרם המופעלים. אלמנט ליניארי הוא נגד (כל עוד הזרם אינו גבוה מדי והנגד אינו מתחמם יתר על המידה ונשרף), קבל (כל עוד המתח עליו נמוך ממתח הפריצה), ועוד רבים אחרים. עד עכשיו עסקנו רק בכאלה. עם זאת, במקרים מסוימים, המאפיינים של האלמנטים משתנים בהתאם למתח עליהם או לזרם. אלמנטים כאלה והמעגלים שבהם הם כלולים נקראים לא ליניאריים.

אלמנטים לא ליניאריים אופייניים והנפוצים ביותר הם התקני מוליכים למחצה (דיודות, טרנזיסטורים), התקני פריקת גז וצינורות ואקום. ישנם נגדים לא ליניאריים (וריסטורים) וקיבולים לא ליניאריים (varicaps). משרן עם ליבה מגנטית הוא תמיד לא ליניארי במידה מסוימת. בהתאם למטרת האלמנט, הם מנסים להפחית את האי-ליניאריות (למשל במגברים), או להיפך, להדגיש אותה ככל האפשר (בגלאים ומיישרים, במייצב מתח וזרם).

שקול תחילה את ההתנהגות של אלמנטים לא-לינארים מוליכים למחצה בזרם ישר, הנעים מפשוט למורכב. אפילו את מאפיין המתח הזרם של דיודה קונבנציונלית ניתן לתאר רק באופן אנליטי (באמצעות נוסחה). זה יכול להיות מוגדר בצורה של טבלה המקשרת את הזרם דרך האלמנט למתח במסופים שלו, אבל זה נעשה בצורה גרפית. לא בכדי המאפיינים של דיודות וטרנזיסטורים ניתנים בספרי העיון בצורה של גרפים!

על איור. 18 מציג את מאפיין הזרם-מתח של זרם i דרך דיודה מופשטת כלשהי בהתאם למתח במסופי U. עם מתח הפוך על פני הדיודה (משמאל לנקודה 0 בגרף), הזרם דרך הדיודה קטן מאוד ( זרם הפוך). במתח קדימה מתחת לסף מסוים Upop, גם הזרם קטן, אך המצב משתנה כאשר U>Upor. כעת הזרם עולה בחדות והעקומה עולה בתלילות כלפי מעלה. מתח הסף תלוי בחומר המוליך למחצה. עבור דיודות גרמניום, זה בערך 0,15 וולט, עבור סיליקון - 0,5 וולט.

חישוב מעגלים לא ליניאריים

השיפוע של מאפיין הזרם-מתח בכל נקודה קובע את ההתנגדות הדיפרנציאלית של הדיודה. קל לקבוע זאת על ידי הגדרת תוספת מתח כלשהי D11, ומציאת תוספת הזרם המקבילה Δi1; Vdiff = ΔU1/Δi1. בצד שמאל של הגרף הוא גדול, ובצד ימין הוא קטן - שם אותו תוספת מתח ΔU2 = ΔU1 מתאים לתוספת זרם גדולה בהרבה Δi2. התלות החזקה של Vdiff במתח או בזרם דרך דיודה נמצאת בשימוש נרחב בהנדסת רדיו.

בואו לחשב, למשל, את הרגולטור המתח הפשוט ביותר (איור 19), המכיל דיודה מוליכים למחצה VD1 ונגד מגביל זרם R1. די ברור שסכום ירידת המתח על הנגד ועל פני הדיודה שווה למתח הכניסה Uin. בואו נקרא לירידה על מתח ייצוב הדיודה Ust. ואז Ust = Uin - iR1. אבל הזרם במעגל תלוי ב-Ust, לכן לא ניתן לפתור את המשוואה הזו בצורה אנליטית, אבל קל לעשות זאת בצורה גרפית.

חישוב מעגלים לא ליניאריים

בואו נשרטט את Uin על הציר האופקי ונצייר מאפיין עומס המתאים לנגד שנבחר R1 (קו ישר באיור 18). נזכיר שהוא מצויר דרך שתי נקודות בצירים: Uin ו-iK3 = Uin/R1. רק בנקודה אחת, הזרמים דרך הדיודה והנגד חופפים - בנקודת החיתוך של הדיודה האופיינית לקו העומס - מצבים אחרים במעגל בלתי אפשריים. נקודת ההצטלבות ונותנת את Ust הרצוי. באופן גרפי, ניתן לראות כיצד Ust משתנה כאשר Uin או ההתנגדות של הנגד R1 משתנה.

בפועל, דיודות ייצוב מתח קונבנציונליות משמשות לעתים רחוקות, רק כאשר נדרשים מתחים נמוכים. דיודות זנר נמצאות בשימוש נרחב, המיוצרות עבור מגוון רחב של מתחים. אלה גם דיודות, אבל עובדות על הענף ההפוך של המאפיין. במתח מסוים מתרחשת בהם התמוטטות מפולת שלגים הפיכה והזרם עולה בחדות. המעגל להפעלת דיודת זנר במקום דיודה מוצג באיור. 19 קווים מקווקוים.

מכיוון שהמאפיין של דיודת הזנר באזור Ust תלול מאוד ו-Ust כמעט בלתי תלוי בזרם, חישוב המעגל מפושט: בהינתן הזרם דרך דיודת הזנר i, נמצא R1 = (Uin-Ust) / אני. אם עומס מחובר במקביל לדיודה הזנר, צורך קצת זרם iH, אז i = ist + iH, כאשר ist הוא הזרם דרך דיודת הזנר. יש לציין שהייצוב הוא טוב יותר, ככל שהזרם של דיודת הזנר גדול יותר בהשוואה לזרם העומס.

כדוגמה נוספת, הבה נחשב את מצבו של שלב הגברת טרנזיסטור פשוט (איור 20).

חישוב מעגלים לא ליניאריים

טרנזיסטור סיליקון, למשל, סדרת KT315, נפתח במתח בסיס של כ-0,5 וולט, עם זאת, אי אפשר להפעיל הטיה כזו ממקור מתח (מקור עם התנגדות פנימית נמוכה), שכן השינוי הקל ביותר ב- מתח הטיה יוביל לשינוי גדול בזרם דרך הטרנזיסטור. רצוי להפעיל זרם הטיה דרך נגד בעל התנגדות גדולה R1, אך לא ממקור מתח (כמו שלפעמים נעשה בצורה לא נכונה), אלא לייצב את המצב מקולט הטרנזיסטור.

רצוי להגדיר את המתח בקולט שווה למחצית מתח האספקה: UK = Upit/2. זה יבטיח ליניאריות טובה של המגבר וגזירה סימטרית של אותות חזקים. אנו מגדירים את זרם האספן של הטרנזיסטור (מסיבות סבירות - עבור מפל הספק נמוך משברים למספר מיליאמפר) ומוצאים R2 = Upit / 2iK. עכבת המוצא של המפל תהיה זהה. כעת ניקח את מקדם העברת הזרם של הטרנזיסטור h21E מספר העזר ונמצא את זרם הבסיס ib = iK / h21E- נותר למצוא את ההתנגדות של נגד ההטיה R1 = Upit / 2ib. קל לראות ש-R1 =R2 h21E.

החישוב הושלם, עם זאת, אם h21E של הטרנזיסטור שונה מאוד מהערך שנלקח מנתוני הייחוס, ייתכן שיהיה צורך לבחור את הנגד R1 עד לקבלת UK = Upit / 2.

הבה נתעכב בקצרה על התנהגותם של מעגלים לא ליניאריים כאשר הם נחשפים לזרם חילופין, וכדוגמה, נשקול את פעולתו של מגביל סימטרי העשוי על שתי דיודות סיליקון המחוברות באנטי-מקבילות (איור 21).

חישוב מעגלים לא ליניאריים

אם מתח הכניסה Uvx גדול בהרבה מ-Uthr, הזרם במעגל נקבע רק על ידי מתח הכניסה וההתנגדות של הנגד R1: i = Uvx / R1. מאפיין הזרם-מתח של הדיודות יוצג כעקומה סימטרית, המוצג באיור. 22. לאחר שבנית גרף זרם משמאל (בדוגמה, סינוסואיד), קל לשרטט את גרף המתח על הדיודות נקודה אחר נקודה (עקומה למטה). אנו רואים שצורת המתח המתקבלת קרובה למלבני, עם משרעת של כ-0,5 וולט.

חישוב מעגלים לא ליניאריים

באופן דומה, אתה יכול למצוא את צורת הזרם או המתח בכל מעגל אחר עם מאפיינים לא ליניאריים.

אנו מציינים נסיבות חשובות אחת. אם במעגלים ליניאריים עם פעולה סינוסואידלית בתדר מסוים f לא עולים אותות עם תדרים אחרים, אז במעגלים לא ליניאריים הכל שונה. בדוגמה שלנו, על המגביל הופעל מתח סינוסאידי בתדר אחד f, ומתח המוצא כבר מכיל ספקטרום שלם של תדרים, במקרה זה f, 3f, 5f וכו'. תדרים מרובים נקראים הרמוניים. אם אחת מהדיודות כבויה, רק חצאי גלים בקוטביות אחת יוגבלו, ואפילו הרמוניות יופיעו.

התמונה מסובכת עוד יותר אם סכום התנודות עם תדרים שונים f1 ו-f2 נכנס למעגל הלא ליניארי - אז יופיעו תדרים משולבים f1 + f2, f1 - f2 ואחרים, במקרה הכללי mf1 ± nf / 2, שבו min. הם מספרים שלמים. מכיוון שהמשרעת של מוצרי עיוות לא ליניאריים אלה קשורה ישירות למקדם האי-לינאריות, ניתן להעריך את האחרון, למשל, במגברי תדר אודיו, על ידי החלת אות דו-גווני לכניסה ומדידת משרעת של רכיבי הצד במוצא המגבר.

שאלה לבדיקה עצמית. שרטו את המתח הזרם המאפיין נורת ליבון רגילה, בהתחשב בכך שההתנגדות של חוט הלהט עומדת ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת (טמפרטורת החדר הרגילה היא 300°K, טמפרטורת החוט בחום מלא היא 3000°K).

כמובן, איננו יכולים לפתור בקפדנות את הבעיה התרמודינמית של תלות הטמפרטורה של חוט המנורה במתח המופעל, הזרם או ההספק, שכן זה ידרוש פתרון של משוואות דיפרנציאליות. עם זאת, נוכל לבנות גרף משוער של מאפיין הזרם-מתח (CVC) של המנורה על סמך הדברים הבאים: במתח אפס אין זרם, טמפרטורת החוט היא 300 K וההתנגדות שלו היא Ro. זוהי ההתנגדות הדיפרנציאלית בנקודת האפס של ה-VAC, שקובעת את שיפוע העקומה: α0~ΔI/ΔU=1/R0. אנו מציינים את הקואורדינטות של נקודת הסיום של ה-CVC כ- Unom ו- Inom.

אלו הם המתח והזרם הנומינליים של המנורה. ההתנגדות הדיפרנציאלית בנקודה זו גדולה פי 10 (מכיוון שהטמפרטורה היא 3000 K). בהתאם לכך, α1 יהיה פחות: α~ 1/10Ro מה שנשאר, עם שתי נקודות של CVC ושני כיווני עקומה בנקודות אלה, מחבר אותם עם קו חלק (איור 62).

חישוב מעגלים לא ליניאריים

כפי שאתה יכול לראות, למנורת ליבון רגילה יש תכונות של מייצב זרם - סחר חליפין, שכן עם שינויים משמעותיים במתח על המנורה (במיוחד ליד UHOM), הזרם דרך המנורה משתנה מעט.

מחבר: V.Polyakov, מוסקבה

ראה מאמרים אחרים סעיף חובב רדיו מתחיל.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

הצלת תפוחים מכוויות שמש 10.08.2021

חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון בוחנים גישה טכנולוגית למניעת חריכת תפוחים מול ההתחממות הגלובלית.

השמש הקיצית עוזרת לתפוחים להבשיל ולקבל את צבעם האדום הקלאסי, אך החום גורם פעמים רבות לצריבה של הפרי. בעוד שעלי עץ התפוח מסוגלים לספוג את אור השמש, הפרי גם אינו מפזר חום. כוויות שמש מתרחשות תוך 10 דקות בלבד, וגורמות לאי סדרים הפוגעים באיכות ובמראה הפרי, כמו כתמים חומים מכוערים.

רוב מגדלי התפוחים בארה"ב משתמשים בממטרות כדי לקרר את חופת המטעים בימים חמים. אבל עצים סופגים את המים הנוספים האלה ומשתמשים בהם כדי לגדל זרעים ועלים על חשבון פירות.

כחלק מפרויקט הממומן במשותף על ידי המכון הלאומי למזון וחקלאות של משרד החקלאות והקרן הלאומית למדע, הצוות של הוט מפתח מערכת חיישנים לגננות. הטכנולוגיה חייבת לזהות את טמפרטורת פני השטח של הפרי ולכוון עדין את אספקת המים הקרים לקירור באידוי.

באמצעות מצלמות אינפרא אדום ותחנות מזג אוויר מיניאטוריות, אב הטיפוס מפעיל את הממטרות העליונות בדיוק בעת הצורך, וממזער את ההשפעות השליליות של קירור ספריי. בתור יתרון נוסף, המדענים פיתחו גם אפליקציית סמארטפון המשתמשת בנתונים מתחנת מזג אוויר סמוכה וכן מצלמה תרמית/RGB בעלות נמוכה למדידת טמפרטורת פירות וסכנות מתח חום.

מערכות Khot יכולות לשלוח נתונים בזמן אמת למגדלים כדי לעזור להם לקבל החלטות לגבי ניהול עומס חום ובעתיד, אחסון ושיווק הפירות שלהם, שכן תפוחים שרופים בשמש מתקלקלים במהירות באחסון.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מחשב נייד Razer Blade Compact גיימינג

▪ קסדת מנתח תלת מימד

▪ הנשימה משפיעה על הזיכרון

▪ חומר בניין מפסולת פלסטיק

▪ בקרי קוואזי תהודה Infineon CoolSET

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק מהרכבת הקוביות של רוביק באתר. בחירת מאמרים

▪ מאמר ברגע קשה בחיים ... ביטוי פופולרי

▪ מאמר מי הם הטיטאנים? תשובה מפורטת

▪ מאמר ראש מחלקת מכירות. תיאור משרה

▪ כתבה מטען אוטומטי לסוללות עופרת-חומצה לרכב. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר הערך של ההתנגדות של מעצורי שסתומים או האלמנטים שלהם. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר