ОТЦ Попов.В.П (554120), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Явления, имеюи4ие место в нелинейных элементах, положены в основу функционирования болыиинства радиоэлектронных устройств, причем важнейище для радиоэлектроники процессы генерирования колебаний, модуляции, детектирования, выпрямления, ограничения, умножения и преобразования частоты и многие другие в принципе не могут быть реализованы с помощью линейных цепей с постоянными параметрами. Как отмечалось ранее, характеристики большинства реальных элементов в той или иной степени нелинейны. В одних случаях нелинейность характеристик невелика и при построении упрощенной модели ею можно пренебречь, в других — нелинейностью характеристик реальных элементов пренебречь нельзя и прн построении упрощенных моделей таких цепей приходится использовать идеализированные эле- 243 менты с нелинейными характеристиками.
Нелинейность характеристик реальных элементов обычно считается несущественной, если ее наличие не является принципиальным для функционирования устройства, т. е. приводит лишь к появлению некоторых второстепенных эффектов, которыми в рамках решаемой задачи можно пренебречь. На практике нелинейностью характерислшк реального элемента, как правило, можно пренебречь, если характеристика элемента практически линейно в рабочем диапазоне токов и напряжений, а функционирование устройства не построено на использовании нелинейности соответствую«цей характеристики.
Следует, однако, иметь в виду, что окончательное решение о том, является ли нелинейность несущественной, не может быть произведено в рамках линейного приближения, а требует решения задачи с учетом нелинейности характеристик. Рассмотрим лишь основные особенности и методы расчета цепей, содержащих нелинейные резистивные элементы (нелинейные резисторы, транзисторы, диоды и т. и.). Более дстально процессы в нелинейных цепях, в том числе и в цепях, содержащих нелинейные энергоемкие элементы (нелинейные конденсаторы и индуктивные катушки), рассматриваются в курсе «Радиотехнические цепи и сигналыь. Нелинейные резистивные элементы В соответствии с основным методом теории цепей при изучении нелинейных резистивных цепей не будем рассматривать физические процессы, имеющие место в реальных элементах, а ограничимся лишь представлением этих элементов с помощью упрощенных моделей, заменяющих каждый из элементов в рамках решаемой задачи.
В частности, будем пренебрегать эффектами, связанными с запасанием энергии электрического и магнитного полей, имеющими место во всех реальных элементах, и считать, что свойства нелинейных резистивных элементов полностью определяются их статическими вольт-амперными характеристиками (ВАХ). Для каждого реального элемента зависимость между мгновенными значениями токов и напряжений будет совпадать с ВАХ только в том случае, если частота изменения токов и напряжений на внешних зажимах элемента не превышает некоторого предельного значения. В этом случае нелинейный резистивный элемент можно рассматривать как б е з ы н е р ц и о н н н ы й. Если рабочая частота элемента близка к предельной нли превышает ее, то статические ВАХ не отражают зависимости между мгновенными значениями токов и напряжений на зажимах элемента. При таких условиях нелинейный элемент следует рассматривать как и н е р ц и о н н ы й.
В зависимости от числа внешних выводов различают нелинейные двухполюсные элементы (резисторы с нелинейным сопротивлением, электровакуумные и полупроводниковые диоды) и нелинейные многополюсные элементы (транзисторы различных типов, электровакуумные триоды и пентоды). При принятых ранее положительных направлениях токов и напряжений ВАХ нелинейных пассивных двухполюсных элементов должны располагаться в первом и третьем квадрантах координатной плоскости и†~ и проходить через начало координат. Если ВАХ нелинейного резистивного элемента хотя бы частична располагается во втором или четвертом квадрантах либо не проходит через начало координат, то потребляемая таким элементом мощность может быть отрицательной и, следовательно, такой элемент не является пассивным.
Вольт-амперная характеристика нелинейного двухполюсного элемента может быть симметричной (см. рис.1.3, а) или несимметричной (см. рис. 1.3, б, а) относительно начала координат. Для двухполюсника с с и м м ет р и ч н о й характеристикой выполняется условие 1(и) = — 1( — и) (5.1) или и (1) =- — и ( — 1). Очевидно, что режим работы нелинейной цепи не изменится, если выводы нелинейного резистивного элемента с симметричной характеристикой поменять местами. Если условие (5.1) не выполняется, то ВАХ нелинейного резистивного двухполюсника не является симметричной.
Различают нелинейные резистнвные элементы с монотонной и не- монотонной ВАХ. У элементов с монотонной ВАХ увеличение приложенного к элементу напряжения приводит к увеличению (или хотя бы не уменьшению) тока и, наоборот, увеличение тока приводит к возрастанию падения напряжения на элементе. Напряжение и ток на зажимах такого элемента связаны между собой однозначной зависимостью, причем производные пи!Ж и ИИи ва всех точках ВАХ принимают только неотрицательные значения. Если хотя бы в ограниченном диапазоне изменения токов и напряжений увеличение напряжения на зажимах элемента приводит к уменьшению тока или, наоборот, увеличение тока приводит к уменьшению напряжения, то ВАХ такого элемента — немонотонна.
Ток и напряжение нелинейного резистивного элемента с немонотонной ВАХ не связаны между собой взаимно однозначной зависимостью. Различают немонотонные вольт-амперные характеристики Ы- и Ь-типов. У элементов с М-о б р а з н о й ВАХ (см. рис. 1.3, б) каждому значению напряжения на зажимах элемента соответствует вполне определенное значение тока, однако в определенном диапазоне изменения токов одному и тому же значению тока может соответствовать несколько различных значений напряжения.
Элементы с Ь-о б р а зн о й ВАХ отличаются тем, что в некотором диапазоне изменения напряжений заданому значению напряжения соответствует несколько различных значений тока (см. рис. 1.3, в). Вольт-амперная характеристика безынерционного нелинейного резистивного двухполюсного элемента может рассматриваться как зависимость мгновенного значения реакции данного элемента у = у (1) на некоторое воздействие от мгновенного значения воздействия х = = х (!).
Для однозначного определения этой зависимости ВАХ Х- типа должна быть представлена в виде функции 1 = 1(и), а ВАХ 8- типа — в виде и =- и (1). При таком представлении ВАХ рассматри- ваемых элементов содержат как восходящие, так и падающие участки. На восходящих участках с(уЯк положительна, на падающих — отрицательна. В связи с тем что дифференциальные сопротивления нелинейных резистивных элементов на падающих участках ВАХ отрицательны, нелинейные двухполюсные элементы с немонотонной ВАХ обычно называют элементами с отрицательным сопротивлением.
Зависимость между токами и напряжениями элементов с монотонной ВАХ может быть представлена как в виде и = и (т), так и в виде б = 1 (и). Дифференциальное сопротивление элементов с монотонной ВАХ не принимает отрицательных значений. пупр РР ФР бР ВР и,В Рис, 5.1. Типовые ВЛХ терыис- тора Рис. 5.2. Электрически уп. равляеыый нелинейный трех- полюсиик Вид ВАХ нелинейного резистивного двухполюсника может зависеть ат 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 двухпол ю с н и к а м. Так как каждому значению управляющей величины соответствует своя кривая, характеризующая зависимость между током и напряжением на зажимах неэлектрически управляемого резнстивного двухполюсника, то такие двухполюсники характеризуются семейством ВАХ (рис.
5.1). Важнейший класс нелинейных резистивных элементов составляют электрически управляемые элементы (транзисторы различных типов, вакуумные и газоразрядные трехэлектродные и многаэлектродные яриборы). 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 которыми изменяется под действием тока или напряжения одного или нескольких управляющих электродов (сегки у электронных ламп, базы у биполярных транзисторов, затвора или подложки у полевых транзисторов). В частности, ток б нелинейного резистивного трехполюсника (рис. 5.2), имеющего два основных и один управляющий электроды, является функцией напря- бр мкз) зк,м4 00 200 Ч0 100 20 0,2 ,0 4 0 ~г 0„„ Ц 0~9 Оьэ а) Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
