Резистивные нелинейные элементы. Про резистивные нелинейные элементы можно сказать все то же, что уже говорилось при изучении нелинейных цепей постоянного тока.
Резистивные нелинейные элементы могут быть управляемыми и неуправляемыми. К неуправляемым относятся лампы накаливания, германиевые и кремниевые диоды, термисторы, бареттеры и т. д. К управляемым нелинейным сопротивлениям относятся трехэлектродные лампы, транзисторы, тиристоры.
На нелинейные сопротивления в цепях переменного тока влияет температура нагрева. Если вольт-амперная характеристика нелинейного сопротивления изменяется при нагревании проходящим через него током, то сопротивление называется инерционным. Если нелинейность вольт-амперной характеристики обусловлена не тепловыми процессами, то нелинейное сопротивление – безынерционное.
Нелинейная индуктивность. Под нелинейной индуктивностью понимают катушку, намотанную на замкнутый ферромагнитный сердечник. Такой сердечник характеризуется тем, что магнитный поток в нем непостоянен и зависит от проходящего по катушке тока. Следовательно, индуктивность катушки будет меняться в зависимости от тока, значит, величина индуктивного сопротивления также будет изменяться в зависимости от величины тока.
 |
Схематическое изображение нелинейной индуктивности (дросселя) показано на рис. 17.1.
При прохождении тока через катушку индуктивности в сердечнике возникает магнитный поток, который в свою очередь наводит в сердечнике токи, называемые вихревыми токами. Эти токи замыкаются по контурам вдоль периметра сердечника и направлены противоположно правилу Ленца, то есть создают свой поток, который стремится ослабить вызвавший их поток (рис. 17.2). Наличие вихревых токов приводит к нагреву сердечника, то есть в сердечнике возникают потери энергии, пропорциональные ЭДС вихревых токов Ев и обратно пропорциональные сопротивлению материала сердечника Хв.
В свою очередь ЭДС пропорциональна амплитудному значению магнитной индукции Bm, частоте f и толщине сердечника d:
.
Сопротивление пропорционально периметру контура и удельному сопротивлению вещества. Таким образом, потери на вихревые токи определятся выражением
Здесь V – объем сердечника.
Для того чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник изготовляют из тонких, изолированных друг от друга листов, либо соединяя один с другим, либо закручивая в спираль. Так же добавляют в ферромагнетик примеси, увеличивающие его удельное сопротивление, например, кремний.
Кроме потерь на вихревые токи, необходимо учитывать еще потери на гистерезис или перемагничивание. Потери на гистерезис пропорциональны объему сердечника, площади гистерезисной петли и частоте:
.
Нелинейная емкость. Если расстояние между обкладками конденсатора заполнено веществом, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от напряженности электрического поля, то кулон-вольтовая характеристика такого конденсатора будет представлять собой прямую линию и конденсатор будет линейным.
Если расстояние между обкладками конденсатора заполнено веществом, диэлектрическая проницаемость которого зависит от напряженности электрического поля, так называемым сегнетоэлектриком, то кулон-вольтовая характеристика такого конденсатора будет нелинейной. Схематическое обозначение нелинейного конденсатора показано на рис. 17.3.
Сегнетоэлектрики, подобно ферромагнетикам, обладают гистерезисом, только не магнитным, а электрическим. Следовательно, нелинейные емкости характеризуются потерями энергии на гистерезис. Кроме этого, потери энергии в варикондах обусловлены наличием проводимости сегнетоэлектрика и вязкости процессов поляризации.
