Agar giyohvandlik U(I) yoki I(U chiziqli va uning qarshiligi R doimiydir ( R =c onst ) , keyin shunday element chaqirdi chiziqli (LE) , va tashkil topgan elektr zanjiri faqat chiziqli elementlardan - chiziqli elektr davri .

CVC chiziqli element simmetrik va koordinatalar boshi orqali oʻtuvchi toʻgʻri chiziq (16-rasm, 1-egri chiziq). Shunday qilib, Ohm qonuni chiziqli elektr zanjirlarida qondiriladi.

Agar giyohvandlik U(I) yoki I(U) elektr zanjirining har qanday elementi Yo'q chiziqli, va uning qarshiligi undagi oqimga yoki uning terminallaridagi kuchlanishga bog'liq ( R ≠s onst ) , keyin shunday element chaqirdi Yo'q chiziqli (NE) , va agar mavjud bo'lsa, elektr zanjiri kamida bitta chiziqli bo'lmagan element - chiziqli bo'lmagan elektr davri .

Chiziqli bo'lmagan elementlarning oqim kuchlanish xususiyatlari to'g'ridan-to'g'ri emas, va ba'zan assimetrik bo'lishi mumkin, masalan, yarimo'tkazgichli qurilmalarda (16-rasm, egri chiziqlar 2, 3, 4). Shunday qilib, chiziqli bo'lmagan elektr davrlarida oqim va kuchlanish o'rtasidagi munosabat itoat qilmaydi Ohm qonuni.

Guruch. 16. Chiziqli va chiziqli bo'lmagan elementlarning oqim kuchlanish xarakteristikalari:

egri 1– CVC LE (rezistor); egri 2– NE CVC (metall filamentli cho'g'lanma lampalar); egri 3– NE CVC (uglerod filamentli cho'g'lanma lampalar;

egri 4- SHning CVC (yarim o'tkazgichli diod)

Misol chiziqli element hisoblanadi qarshilik.

Misollar chiziqli bo'lmagan elementlar: cho'g'lanma lampalar, termistorlar, yarimo'tkazgichli diodlar, tranzistorlar, gaz deşarj lampalari va boshqalar. Belgi NE rasmda ko'rsatilgan. 17.

Misol uchun, elektr chiroqning metall filamentidan o'tadigan oqimning oshishi bilan uning isishi ortadi va natijada uning qarshiligi ortadi. Shunday qilib, akkor chiroqning qarshiligi doimiy emas.

Quyidagi misolni ko'rib chiqing. Jadvallar turli xil oqim va kuchlanish qiymatlarida elementlarning qarshilik qiymatlari bilan berilgan. Jadvallarning qaysi biri chiziqli elementga, qaysi biri chiziqli bo'lmagan elementga mos keladi?

3-jadval

4-jadval

Savolga javob bering: Qaysi grafik Ohm qonunini ko'rsatadi? Ushbu grafik qaysi elementga mos keladi?

1 2 3 4

1, 2 va 4-chizmalar haqida nima deya olasiz? Ushbu grafiklarni qanday elementlar xarakterlaydi?

Joriy kuchlanish xarakteristikasining har qanday nuqtasida chiziqli bo'lmagan element statik qarshilik bilan tavsiflanadi, bu kuchlanishning ushbu nuqtaga to'g'ri keladigan oqimga nisbatiga teng (18-rasm). Masalan, bir nuqta uchun A :

.

Statik qarshilikdan tashqari, chiziqli bo'lmagan element differensial qarshilik bilan tavsiflanadi, bu cheksiz kichik yoki juda kichik kuchlanish o'sishi ∆U ning tegishli o'sish ∆I ga nisbati sifatida tushuniladi (18-rasm). Masalan, bir nuqta uchun A Oqim kuchlanishining xarakteristikasi yozilishi mumkin

Qayerda β – nuqta orqali chizilgan tangensning qiyalik burchagi A .

Bu formulalar eng oddiy chiziqli bo'lmagan sxemalarni hisoblashning analitik usulining asosini tashkil qiladi.

Keling, misollarni ko'rib chiqaylik. Agar U 1 = 20 V kuchlanishdagi chiziqli bo'lmagan elementning statik qarshiligi 5 Ohm ga teng bo'lsa, u holda oqim kuchi I 1 bo'ladi ...

2 A oqimdagi chiziqli bo'lmagan elementning statik qarshiligi ... bo'ladi.

Uchinchi savol bo'yicha xulosa: elektr zanjirining chiziqli va chiziqli bo'lmagan elementlarini farqlay oladi. Om qonuni chiziqli bo'lmagan elementlarda bajarilmaydi. Chiziqli bo'lmagan elementlar joriy kuchlanish xarakteristikasining har bir nuqtasida statik va differentsial qarshilik bilan tavsiflanadi. Chiziqli bo'lmagan elementlarga barcha yarim o'tkazgichli qurilmalar, gaz deşarj lampalari va cho'g'lanma lampalar kiradi.

Savol No 4. Nochiziqli hisoblashning grafik usuli

elektr zanjirlari (15 min.)

Chiziqsiz hisoblash uchun elektr zanjirlari grafik va analitik hisoblash usullaridan foydalaniladi. Grafik usul oddiyroq va biz uni batafsil ko'rib chiqamiz.

EMF manbai bo'lsin E Bilan ichki qarshilik r 0 ketma-ket ulangan ikkita chiziqli bo'lmagan element yoki qarshilikni ta'minlaydi NS1 Va NS2 . Ma'lum E , r 0 , oqim kuchlanishining xarakteristikasi 1 NS1 va oqim kuchlanishining xarakteristikalari 2 NS2. Devrendagi oqimni aniqlash uchun talab qilinadi I n

Avval chiziqli elementning joriy kuchlanish xarakteristikasini quramiz r 0 . Bu koordinata boshidan o'tadigan to'g'ri chiziq. O'chirish qarshiligiga tushadigan kuchlanish U ifoda bilan aniqlanadi

Bog'liqlikni shakllantirish uchun U = f ( I ) , joriy kuchlanish xarakteristikasini grafik ravishda qo'shish kerak 0, 1 Va 2 , bitta abscissaga, keyin boshqasiga mos keladigan ordinatalarni yig'ish va hokazo. Biz egri chiziqni olamiz 3 , bu butun zanjirning joriy kuchlanish xarakteristikasi. Men ushbu oqim kuchlanish xususiyatidan foydalanaman va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimni topaman I n , kuchlanishga mos keladi U = E . Keyin, topilgan oqim qiymatidan foydalanib, oqim kuchlanishining xarakteristikasiga ko'ra 0, 1 Va 2 kerakli kuchlanishni toping U 0 , U 1 , U 2 (19-rasm).

EMF manbai bo'lsin E ichki qarshilik bilan r 0 ikkita parallel ulangan chiziqli bo'lmagan elementlarni yoki qarshiliklarni ta'minlaydi NS1 Va NS2 , ularning joriy kuchlanish xususiyatlari ma'lum. Devrenning shoxlaridagi oqimni aniqlash uchun talab qilinadi I 1 Va I 2 , manba va chiziqli bo'lmagan elementlarning ichki qarshiligidagi kuchlanishning pasayishi.

Hozirgi kuchlanish egri chizig'ini qurish I n = f ( U ab ) . Buni amalga oshirish uchun biz joriy kuchlanish xarakteristikasini grafik tarzda qo'shamiz 1 Va 2 , bir ordinataga, keyin boshqa ordinataga mos keladigan abscissalarni yig'ish va hokazo. Biz butun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim kuchlanish xususiyatini quramiz (egri 0,1,2 ). Buni amalga oshirish uchun biz joriy kuchlanish xarakteristikasini grafik tarzda qo'shamiz 0 Va 1,2 , ma'lum abscissalarga mos keladigan ordinatlarni yig'ish.

Men ushbu oqim kuchlanish xususiyatidan foydalanaman va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimni topaman I n , kuchlanishga mos keladi U = E .

Men oqim kuchlanishining xarakteristikasidan foydalanaman 1,2 , kuchlanishni aniqlang U ab , topilgan oqimga mos keladi I n , va ichki kuchlanishning pasayishi U 0 , bu oqimga mos keladi. Keyinchalik, oqim kuchlanishining xarakteristikasi yordamida 1 Va 2 kerakli oqimlarni toping I 1 , I 2 , topilgan kuchlanishga mos keladi U ab (20-rasm).

Quyidagi misollarni ko'rib chiqing.

R 1 va R 2 xarakteristikalari bo'lgan chiziqli bo'lmagan qarshiliklarni ketma-ket ulashda, agar ekvivalent qarshilikning xarakteristikasi R E ...

R 1 xarakteristikasidan pastga o'tadi

R 1 xarakteristikasidan yuqoriga o'tadi

o'tadi, bu R 1 xarakteristikasiga mos keladi

xarakteristikasi R 2 ostidan o'tadi

a va b xarakteristikaga ega chiziqli va chiziqli bo'lmagan qarshiliklar ketma-ket ulanganda, ekvivalent qarshilikning xarakteristikasi...

a xarakteristikasidan pastga o'tadi

a xarakteristikasidan yuqori o'tadi

o'tadi, a xarakteristikasiga mos keladi

b xarakteristikasidan pastga o'tadi

To'rtinchi savol bo'yicha xulosa: Chiziqli bo'lmagan doimiy elektr zanjirlari elektron sxemalarning asosini tashkil qiladi. Ularni hisoblashning ikkita usuli mavjud: analitik va grafik. Grafik hisoblash usuli barcha kerakli parametrlarni aniqlashni osonlashtiradi chiziqli bo'lmagan sxema.

Oqimning kuchlanish I(U) ga yoki kuchlanishning U(I) tokiga bog‘liqligi, shuningdek R qarshiligi doimiy bo‘lgan elektr zanjirining elementlari elektr zanjirining chiziqli elementlari deyiladi. Shunga ko'ra, bunday elementlardan tashkil topgan sxema chiziqli elektr zanjiri deb ataladi.

Chiziqli elementlar chiziqli simmetrik oqim kuchlanish xarakteristikasi (volt-amper xarakteristikasi) bilan tavsiflanadi, bu koordinata o'qlariga ma'lum bir burchak ostida koordinatalarning kelib chiqishidan o'tadigan to'g'ri chiziqqa o'xshaydi. Bu chiziqli elementlar va chiziqli elektr davrlari uchun qat'iy ravishda qondirilganligini ko'rsatadi.

Bundan tashqari, biz nafaqat sof faol qarshilikka ega bo'lgan elementlar haqida gapirishimiz mumkin R, balki chiziqli indüktanslar L va sig'imlar C, bu erda magnit oqimning oqimga bog'liqligi - F(I) va kondansatör zaryadining tok kuchiga bog'liqligi. uning plitalari orasidagi kuchlanish - q doimiy bo'ladi (U).

Chiziqli elementning yorqin misoli. Muayyan ish kuchlanish oralig'ida bunday rezistordan o'tadigan oqim chiziqli ravishda qarshilik qiymatiga va rezistorga qo'llaniladigan kuchlanishga bog'liq.

Chiziqsiz elementlar

Agar elektr zanjirining elementi uchun tokning kuchlanishga yoki kuchlanishga bog'liqligi, shuningdek R qarshiligi doimiy bo'lmasa, ya'ni oqim yoki qo'llaniladigan kuchlanishga qarab o'zgaradi, unda bunday elementlar chiziqli bo'lmagan deb ataladi. , va shunga mos ravishda kamida bitta chiziqli bo'lmagan elementni o'z ichiga olgan elektr davri , chiqadi.

Chiziqli bo'lmagan elementning joriy kuchlanish xarakteristikasi endi grafikdagi to'g'ri chiziq emas; u to'g'ri chiziqli emas va ko'pincha assimetrikdir, masalan, yarim o'tkazgichli diod. Elektr zanjirining chiziqli bo'lmagan elementlari uchun Ohm qonuni qo'llanilmaydi.

Shu nuqtai nazardan, biz nafaqat cho'g'lanma chiroq yoki yarim o'tkazgichli qurilma haqida, balki F va zaryad q magnit oqimi lasan oqimi yoki kondansatör plitalari orasidagi kuchlanish bilan chiziqli bo'lmagan chiziqli indüktanslar va sig'imlar haqida ham gapirishimiz mumkin. . Shuning uchun ular uchun Weber-amper xarakteristikalari va kulon-kuchlanish xarakteristikalari chiziqli bo'lmagan bo'ladi, ular jadvallar, grafiklar yoki analitik funktsiyalar bilan belgilanadi.

Chiziqli bo'lmagan elementning namunasi - akkor chiroq. Chiroq filamenti orqali oqim kuchayishi bilan uning harorati oshadi va qarshilik kuchayadi, ya'ni u doimiy emas va shuning uchun bu element elektr zanjiri chiziqli bo'lmagan.

Chiziqli bo'lmagan elementlar o'zlarining joriy kuchlanish xarakteristikasining har bir nuqtasida ma'lum bir statik qarshilik bilan tavsiflanadi, ya'ni har bir kuchlanish-tok nisbati, grafikning har bir nuqtasida ma'lum bir qarshilik qiymati belgilanadi. Uni grafikning alfa burchagining I gorizontal o'qiga tangensi sifatida hisoblash mumkin, go'yo bu nuqta chiziqli grafikda bo'lgandek.

Chiziqli bo'lmagan elementlar, shuningdek, oqimning mos keladigan o'zgarishiga cheksiz kichik kuchlanish o'sishining nisbati sifatida ifodalanadigan differentsial qarshilik deb ataladi. Ushbu qarshilikni ma'lum bir nuqtada oqim kuchlanishining xarakteristikasiga teginish va gorizontal o'q o'rtasidagi burchakning tangensi sifatida hisoblash mumkin.

Ushbu yondashuv eng oddiy tahlil va oddiy hisoblash imkonini beradi chiziqli zanjirlar.

Yuqoridagi rasmda odatiy oqim kuchlanishining xarakteristikasi ko'rsatilgan. U koordinata tekisligining birinchi va uchinchi kvadrantlarida joylashgan bo'lib, bu bizga diodaning p-n birikmasiga (bir yo'nalishda yoki boshqa yo'nalishda) musbat yoki salbiy kuchlanish qo'llanilganda, oldinga yoki teskari egilish paydo bo'lishini aytadi. diodaning p-n birikmasi. Diyotdagi kuchlanish har qanday yo'nalishda oshgani sayin, oqim birinchi navbatda biroz oshadi, keyin esa keskin ortadi. Shu sababli, diod nazoratsiz chiziqli bo'lmagan ikki terminalli qurilma sifatida tasniflanadi.

Bu rasmda turli xil yorug'lik sharoitida tipik I-V xarakteristikalari oilasi ko'rsatilgan. Fotodiodning asosiy ishlash rejimi teskari yo'nalish rejimidir, agar doimiy yorug'lik oqimi F da oqim juda keng diapazondagi ish kuchlanishida deyarli o'zgarmaydi. Bunday sharoitda fotodiodni yorituvchi yorug'lik oqimining modulyatsiyasi fotodiod orqali oqimning bir vaqtning o'zida modulyatsiyasiga olib keladi. Shunday qilib, fotodiod boshqariladigan chiziqli bo'lmagan ikki terminalli qurilmadir.

Bu oqim kuchlanishining xarakteristikasi, bu erda siz uning nazorat elektrod oqimining qiymatiga aniq bog'liqligini ko'rishingiz mumkin. Birinchi kvadrantda tiristorning ishchi qismi joylashgan. Uchinchi kvadrantda joriy kuchlanish xarakteristikasining boshlanishi past oqim va katta qo'llaniladigan kuchlanish (qulflangan holatda, tiristorning qarshiligi juda yuqori). Birinchi kvadrantda oqim yuqori, kuchlanish pasayishi kichik - tiristor hozirda ochiq.

Yopiq holatdan ochiq holatga o'tish momenti nazorat elektrodiga ma'lum bir oqim qo'llanilganda sodir bo'ladi. Ochiq holatdan yopiq holatga o'tish tiristor orqali oqim pasayganda sodir bo'ladi. Shunday qilib, tiristor boshqariladigan chiziqli bo'lmagan uch terminalli tarmoqdir (kollektor oqimi asosiy oqimga bog'liq bo'lgan tranzistor kabi).

Tarkib. Chiziqsiz elementlar. Magnit materiallarning to'yinganligi. Ferroelektriklar, varistorlar va posistorlar. Chiziqli bo'lmagan rezistorlar. Yarimo'tkazgichli diod va uning oqim kuchlanishining xarakteristikasi. Bipolyar tranzistorlar va tiristorlar konstruksiyasi haqida tushuncha. Lineer kuchlanish stabilizatori. Dala effektli tranzistor va izolyatsiyalangan eshik bipolyar tranzistorining (IGBT) ishlash printsipi.

R, C, L elementlarning qiymatlari oqim va kuchlanish (R), zaryad va kuchlanish (C) va magnit oqim va oqim (L) o'rtasidagi koeffitsientlar sifatida kiritilgan. Bundan tashqari, ushbu munosabatlardan umumlashtirilgan Ohm qonuni shakllantirildi.

Eng oddiy muammolarni ko'rib chiqishda, bu qiymatlar ushbu elementlardan o'tadigan elektromagnit energiyaga bog'liq emas degan taxmin qilingan. Va biz chiziqli deb ataladigan elementlarni manipulyatsiya qilishdan va hatto tegishli "chiziqli" komponentlarni tanlashdan katta zavq oldik.

Biroq, chiziqli komponentlar tabiatda mavjud emas!

Ular taxminan bo'lishi mumkin chiziqli parametrlar faqat ma'lum bir oqim va kuchlanish oralig'ida. Elektromagnit maydonlarga ta'sir qiladigan har qanday modda u yoki bu tarzda tuzilishini va shunga mos ravishda fizik xususiyatlarini, ya'ni qarshilik, dielektrik va magnit o'tkazuvchanligini va hatto geometrik shaklini o'zgartiradi. Shuning uchun bu materiallardan tayyorlangan komponentlarning parametrlari ham o'zgaradi, chunki R=rl/s; C»es/l; L»ms/l. Agar bu o'zgarishlar ahamiyatli bo'lmasa, unda biz elementlarning chiziqliligi va mos keladigan komponentlar haqida gapiramiz. Aks holda, bu o'zgarishlarni hisobga olish kerak va keyin bu haqda gapirish kerak chiziqli bo'lmagan elementlar va komponentlar.

Ekvivalent zanjirlardagi chiziqli bo'lmagan elementlarning UGO'si quyidagi shaklga ega:

chiziqli bo'lmagan qarshilik

magnit yadroli induktor

chiziqli bo'lmagan kondansatör - varikap

Chiziqli bo'lmagan elementlar elektr zanjirlarida signal shaklini o'zgartirish, boshqacha aytganda, signalni tashkil etuvchi ma'lum garmonikalarni qo'zg'atish yoki yutish uchun keng qo'llaniladi.

Matematik nuqtai nazardan, bu holda R, C, L dan tashkil topgan koeffitsientlar noma'lum parametrlarga (oqim va kuchlanish) bog'liq bo'lib, Kirchhoff qoidalariga muvofiq tuzilgan energiya tenglamalari bo'ladi. chiziqli bo'lmagan hisob-kitoblar uchun barcha keyingi oqibatlar bilan.

Ularni hal qilishning eng keng tarqalgan usullari:

- yaqinlashish, element qiymatining oqim yoki kuchlanishga ma'lum bo'lmagan chiziqli bog'liqligi chiziqli funktsiyalarning segmentlari bilan yaqinlashganda va ularning har biri uchun chiziqli tenglamalar yechimlari olinadi;

- grafik usuli tenglamalar yechilganda grafik jihatdan foydalanish

elementning oqim yoki kuchlanishga ma'lum chiziqli bo'lmagan grafik bog'liqliklari;

- mashina usuli, element qiymatining oqim yoki kuchlanishga nochiziqli bog'liqligi model matematik funktsiya bilan yaqinlashganda va integro-differensial chiziqli bo'lmagan tenglamalar sonli usullar bilan echilganda.

chiziqli bo'lmagan indüktans elektrotexnika sohasida qo'llaniladi Weber-amp xususiyatlari, ular fiziklar foydalanishni yoqtiradigan ferromagnit materiallar uchun BH histerezis egri chiziqlariga o'xshaydi. Agar Weber-amper xarakteristikasi bo'yicha L=dY/dI, u holda HV egri chiziqlarida m=dB/dH, lekin Y=NBS va H»I/r. Ba'zan ular foydalanadilar volt-sekund xarakteristikasi, chunki Y=òUdt.

Taxminlashda bu xususiyat odatda qismlarga bo'linadi: to'yingandan oldin u nishabli to'g'ri chiziqdir. m =dB/dH, va to'yingandan keyin Vm bu bilan to'g'ri chiziq m =1. Qoldiq magnitlanish qiymatlari INr va majburlash NS histerezis halqasi egallagan maydonni aniqlang, ya'ni magnitlanishning o'zgarishi sababli faol yo'qotishlar. Shuning uchun ko'p hollarda ular kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elementini kiritish orqali hisobga olinishi va Weber-amper xarakteristikasining yaqinlashuvidan chiqarib tashlanishi mumkin.

Chiziqli xususiyatlarga ega induktorlarning ishlash rejimi m yoki L ning katta qiymatlari doirasida tanlanadi. Bu sohada, bunday magnit qurilmalar, masalan, magnit energiyani saqlash uchun choklar, sariqlarning magnit ulanishi orqali quvvatni uzatish uchun transformatorlar, shuningdek, elektr motorlar. Shu bilan birga, magnit materiallarning chiziqli bo'lmaganligi ta'siri magnit kuchaytirgichlar, ferrorezonant stabilizatorlar va hatto magnit kalit elementlarni yaratish uchun keng qo'llaniladi, ular magnit materiallardan foydalanadigan to'rtburchaklar magnit xarakterli deb ataladi, bu erda m ning qiymatlariga erishish mumkin. 50 yoki undan ko'p. Hozirgi vaqtda induktorlarda asosan 3 turdagi magnit materiallar qo'llaniladi: elektr po'lat, amorf temir (metaglas) Va ferritlar juda boshqacha histerezis egri chiziqlari bilan.

Chiziqli bo'lmagan induktorlar magnit materiallarning mavjudligi va arzonligi, shuningdek ularni ishlab chiqarish qulayligi tufayli tarixan birinchi bo'lib yaratilgan. Ular, birinchi navbatda, ishonchliligi bilan ajralib turadi, lekin katta vazn va o'lchamli xususiyatlarga ega, shuning uchun yuqori inertiya. Magnitlanishning teskari yo'qotishlari va o'rashlarning isishi tufayli faol yo'qotishlar ham jiddiy muammodir, ayniqsa elektroenergetikada. Shuning uchun hozirgi vaqtda chiziqli bo'lmagan induktorlardan foydalanish cheklangan.

Tobelikni ifodalash uchun chiziqli bo'lmagan sig'im foydalanish kulon-volt xususiyatlari, chunki C=dQ/dU.

Ular ferromagnit veber-amper xususiyatlariga o'xshaydi, faqat bu erda mavjud dielektrik doimiy e=dD/dE, bu erda D - elektr induksiyasi yoki elektr siljishi.

Chiziqli bo'lmagan kondansatkichlarni yaratish uchun eng qiziqarli dielektriklar ferroelektriklar, Rochelle tuzi (kaliy natriy tartrat), bariy titanat, vismut titanat va boshqalar kabi. Elektr dipollarining domen tuzilishi tufayli past kuchlanishlarda ular e » 1000 bilan yuqori dielektrik doimiyga ega, bu kuchlanish kuchayishi bilan kamayadi, shunga o'xshash. ferromagnitlarning magnit o'tkazuvchanligi. Shuning uchun, chet el adabiyotida ular deyilgan ferroelektriklar. Ushbu materiallar yuqori elektr energiyasi zichligi bo'lgan seramika kondansatkichlari kabi chiziqli sig'imli elementlarni yaratish uchun keng qo'llaniladi, bu erda ular kulon-kuchlanish xarakteristikasining to'yinmagan hududida ishlaydi. Nonlineerlik o'zgaruvchan sig'imli kondansatkichlarni yaratish uchun ishlatiladi, varikondalar, ular tor dasturga ega.

Ferroelektrikda o'zgaruvchan maydonda kristall tuzilmalarda joylashtirilgan katta domenlarga bog'langan dipollarning elektr momentining yo'nalishi o'zgaradi. Bu kristallning geometrik o'lchamlarining o'zgarishiga olib keladi, bu effekt deb ataladi elektrostriksiya. Magnit materiallarda ham xuddi shunday ta'sir mavjud magnitostriktsiya, lekin tashqi o'rash mavjudligi sababli uni ishlatish qiyin. Ferroelektrik kristallarning ayrim guruhlarida elektrostriksiyaga o'xshash ta'sirlar kuzatiladi. Bu to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt - kristallning mexanik deformatsiyasi paytida elektr maydonining paydo bo'lishi (qutblanish) va orqaga- elektr maydoni paydo bo'lganda mexanik deformatsiya. Ushbu kristalli materiallar deyiladi piezoelektriklar, va ular juda katta foyda olishdi. To'g'ridan-to'g'ri ta'sir olish uchun ishlatiladi yuqori kuchlanish, mexanik kuchlarning birlamchi o'zgartirgichlarida (masalan, mikrofonlar, mexanik ovoz yozish tizimlarida ovoz qabul qiluvchi qurilmalar) va boshqalar. Qarama-qarshi effekt tovush va ultratovushli emitentlarda, o'ta aniq joylashishni aniqlash tizimlarida (bosh harakatining pozitsioneri) qo'llaniladi. qattiq disk) va hokazo.Yaratishda ikkala effekt ham ishlatiladi rezonansli kristall osilatorlar, bu erda kristallarning o'lchamlari mexanik tebranishlar elektr bilan rezonanslashadigan tarzda tanlanadi. Bunday tizimning juda yuqori sifat omili bilan generator chastotasini sozlashning barqarorligi va aniqligi ta'minlanadi. Ovozli aloqaga ega bo'lgan ikkita kristall elektr energiyasini galvanik aloqasiz uzatishi mumkin, buning uchun ular deyiladi. piezotransformatorlar.

Elektr va magnit dipollarning domen tuzilishi Kyuri nuqtasi deb ataladigan ma'lum bir haroratda parchalanadi. Bunday holda, fazali o'tish sodir bo'ladi va ferroelektrikning o'tkazuvchanligi sezilarli darajada o'zgaradi. Shu asosda ular harakat qilishadi posistorlar, unda materialni qo'shimcha doping bilan ma'lum bir Kyuri nuqtasi o'rnatilishi mumkin. Ushbu haroratga erishgandan so'ng, qarshilikning o'sish tezligi 1 kOm / gradusga yetishi mumkin.

Asosan bu chiziqli bo'lmagan qarshilik S-shakli yoki "kalit" ga ega joriy kuchlanish xarakteristikasi (volt-amper xarakteristikasi).

Ya'ni, bu element oqim yoki tashqi haroratdan o'tish orqali boshqariladigan elektr kaliti kabi ishlashi mumkin.

PTC rezistorlari analog telefon tarmoqlarida oqimning haddan tashqari yuklanishidan himoya qilish, shuningdek, ular o'chirilganda bobinlardan magnit energiyani yo'qotish, motorlarni yumshoq ishga tushirish va hokazolar uchun keng qo'llaniladi. Ular fanda sozlanishi yonilg'i elementlari sifatida juda qiziqarli dasturni topdilar. elementning o'zi deyarli doimiy haroratda joylashgan isitgichlar va iste'mol qilinadigan elektr quvvati avtomatik ravishda olib tashlangan issiqlik quvvatiga teng ravishda saqlanadi. Ya'ni, fanning aylanish tezligi bunday isitish moslamasining issiqlik quvvati bilan boshqarilishi mumkin.

Ferroelektrik dopingning boshqa turi bilan uning o'tkazuvchanligining kuchlanishga chiziqli bo'lmagan bog'liqligi ta'siriga erishish mumkin, ya'ni bu aslida chiziqli bo'lmagan qarshilik, chaqirildi varistor. Bu ta'sir ma'lum bir kuchlanishdagi domenlarni o'rab turgan nozik moddalar qatlamlarining o'tkazuvchanligining o'zgarishi bilan bog'liq. Shuning uchun ular xarakterlanadi oqim kuchlanishining xarakteristikasi, bu yerda U(I) funksiyani beshinchi darajali ko‘phad bilan ifodalash mumkin. Statik qarshilik Rst = U / I va differentsial qarshilik Rd = dU / dI bilan chiziqli bo'lmagan rezistorlarni tavsiflash qulay. Ko'rinib turibdiki, chiziqli kesimda Rst ~ Rd, chiziqli bo'lmagan kesimda Rst £ Rd.

Ularning asosiy qo'llanilishi elektr zanjirlarini xavfli haddan tashqari kuchlanishlarning kommutatsiya kuchlanishidan himoya qilishdir. Varistorda bunday kuchlanishning energiyasi faol energiyaga aylanadi va uning massasini isitadi. Shuning uchun varistorlar ikkita asosiy parametr bilan ajralib turadi - oqim kuchlanishining xarakteristikasi buziladigan kuchlanish va element uning ishlashiga ta'sir qilmasdan o'zlashtira oladigan energiya.

Chiziqli bo'lmagan rezistorlar turli xil turlari zamonaviy elektrotexnika sohasida katta o'rin egallaydi. Umuman olganda, har qanday o'tkazgich chiziqli emas. Agar siz oddiy mis sim orqali oqim o'tkazsangiz, avvaliga uning qarshiligi, ma'lumki, R0 (1+aT) sifatida o'zgaradi. Bu qaramlik sim erimaguncha davom etadi va keyin qarshilik material bug'lanib ketguncha doimiy bo'lib qoladi. Va bu holatda, sim aslida izolyatorga aylanadi.

Supero'tkazuvchilar qarshiligi R oqim zichligiga teskari proportsionaldir, shuning uchun yalang'och mis o'tkazgichning qarshiligi oqim zichligiga qadar chiziqli hisoblanadi. 10 A/mm2 . Supero'tkazuvchilardan issiqlikni olib tashlash yomonlashganda, bu qiymat pasayadi. Misol uchun, induktorning o'rashida bu qiymat 2 A / mm2 darajasida bo'lishi mumkin. Ushbu oqim zichligi qiymatlari oshib ketganda, issiqlik energiyasining ortib borayotgan chiqishi sodir bo'ladi, bu uning erishiga olib keladi, ular hisobga olinadi. ruxsat etilgan oqim zichligi qiymatlari va xavfsiz o'tkazgich kesimlarini tanlashda ishlatiladi.

Ular ushbu printsip asosida ishlaydi sigortalar, u orqali o'tadigan oqimning chegaraviy qiymatiga mos keladigan o'tkazgichning kesimi. Ammo agar simga 1010 Vt/g dan ortiq quvvat qo'yilsa, bug'lanish erish bosqichini chetlab o'tib, adiabatik yo'l bo'ylab ketadi va sirtdan bug'langan gazning bosim to'lqini ichida materiyaning ulkan zichligi hosil bo'ladi. material. Bu holda oltin atomlarini ularning elektron qobig'idan ozod qilish va termoyadro reaktsiyalarini amalga oshirish mumkin edi.

Gazda etarli miqdordagi tashuvchilarning paydo bo'lishi uchun etarli bo'lgan ma'lum bir kuchlanishda elektr zaryadlari, gaz bo'shlig'ida elektr toki oqib chiqa boshlaydi. Bu hodisa deyiladi gaz chiqishi, va gaz chiqarish bo'shlig'ining o'zi quyidagi oqim kuchlanish xususiyatiga ega bo'lgan chiziqli bo'lmagan qarshilik sifatida qaralishi mumkin.

Gaz chiqarish qurilmalari ko'rsatkichlar sifatida juda keng tarqalgan, payvandlash mashinalari va eritish moslamalari, elektr kalitlari va plazma-kimyoviy reaktorlar va boshqalar.

1873-yilda F.Gutri termion katodli vakuum trubkasida chiziqli boʻlmagan oʻtkazuvchanlikning taʼsirini aniqladi. Katod salbiy potentsialga ega bo'lganda, uning elektronlari elektr tokini yaratdi va teskari polarit bilan ular katodda qulflangan va chiroqda amalda hech qanday tashuvchilar yo'q edi. Uzoq vaqt 1904 yilda radiotexnika ehtiyojlari termion (vakuum) diodining yaratilishiga olib kelguniga qadar bu effekt talabga ega emas edi. Va bunday qurilmada elektr maydoni o'tkazuvchanlik uchun javobgar bo'lganligi sababli, qo'shimcha kichik potentsiallarning kiritilishi elektronlar oqimini boshqarishga imkon beradi, ya'ni elektr toki urishi. Shunday qilib, ular yaratilgan elektr maydoni bilan boshqariladigan chiziqli bo'lmagan rezistorlar (radio trubkalar), katta, inertial va oqim bilan boshqariladigan chiziqli bo'lmagan magnit tizimlarni almashtirdi. Radio naychalarining asosiy kamchiliklari alohida quvvat manbai va mos sovutishni talab qiladigan isitiladigan katod, shuningdek, vakuumli shisha tufayli juda katta o'lchamlar edi.

Shuning uchun, vakuum (termionik) diod bilan deyarli bir vaqtning o'zida qattiq holatdagi diodga asoslangan. p-n o'tish, bilan ikkita yarimo'tkazgichning aloqa nuqtasida hosil bo'lgan turli xil turlari o'tkazuvchanlik. Biroq, sof yarimo'tkazgichli materiallarni ishlab chiqarishdagi texnologik qiyinchiliklar ushbu elementlarning radionaychalarga nisbatan joriy etilishini biroz kechiktirdi.

Har xil turdagi o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan ikkita mintaqa aloqa qilganda, ulardan zaryad tashuvchilar ko'pchilik tashuvchilar bo'lmagan qo'shni mintaqaga o'zaro kirib boradi (tarqaladi). Bunda kompensatsiyalanmagan akseptorlar (salbiy zaryadlar) p-mintaqada, kompensatsiyalanmagan donorlar (musbat zaryadlar) esa n-mintaqada qoladi, ular kosmik zaryad mintaqasi(SCR) zaryad tashuvchilarning keyingi tarqalishini oldini oladigan elektr maydoni bilan. Zonada p-o'tish n yarimo'tkazgichli qurilmalarda keng qo'llaniladigan kremniy uchun 0,7 V ni tashkil etadigan kontakt potentsial farqi bilan muvozanat hosil bo'ladi.

Tashqi elektr maydoni ulanganda bu muvozanat buziladi. Oldinga moyillik bilan ("p-tipli mintaqada") SCR kengligi pasayadi va ozchilik tashuvchisi kontsentratsiyasi eksponent ravishda oshadi. Ular tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kontaktlari orqali keladigan asosiy tashuvchilar tomonidan qoplanadi, bu esa yaratadi to'g'ridan-to'g'ri oqim, to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish kuchayishi bilan eksponent ravishda ortib boradi.

P-tipli mintaqada teskari moyillik ("-") bilan SCR kengligi oshadi va ozchilik tashuvchilarning kontsentratsiyasi kamayadi. Asosiy tashuvchilar bu zonaga kirmaydi, lekin mavjud teskari oqim faqat SCR dan ozchilik tashuvchilarni olib tashlash natijasida yuzaga keladi va qo'llaniladigan kuchlanishga bog'liq emas. To'g'ridan-to'g'ri va teskari oqimlar 105-106 marta farq qilishi mumkin, bu oqim kuchlanishining xarakteristikasining sezilarli nochiziqligini hosil qiladi. Teskari kuchlanishning ma'lum bir qiymatida zaryad tashuvchilar, ularning erkin harakati davomida, neytrallar bilan to'qnashganda, yangi juft zaryadlarni hosil qilish uchun etarli energiya olishlari mumkin, bu esa o'z navbatida energiya oladi va yangi juftlarning tug'ilishida ishtirok etadi. Natijada paydo bo'lgan ko'chki oqimi o'z yo'lidagi barcha mumkin bo'lgan to'siqlarni supurib tashlaydi va yarim o'tkazgichni oddiy o'tkazgichga aylantiradi.

UGO yarimo'tkazgichli diod

P-n o'tish (diod) ning joriy kuchlanish xarakteristikasining odatiy shakli

"Ideal" diodaning taxminiyligi kuchlanish polaritesi bilan boshqariladigan ideal elektr kalitidir. Biroq, bu quyidagi kabi parametrlarni hisobga olmaydi:

1) Oldinga kuchlanishning pasayishi to'g'ridan-to'g'ri oqim oqganda, bu ko'plab haqiqiy qurilmalarda 1 -1,5 V ni tashkil qiladi va bu P = (1¸1,5)I faol yo'qotishlarga olib keladi va natijada elementning isishi va ma'lum bir element uchun oqimlarni cheklaydi. Sovutish yarimo'tkazgichli qurilmalarning issiqlik muammolarini hal qilish, shuningdek ularning issiqlik barqarorligi dizayndagi asosiy muammolardan biridir. elektr asboblari. To'g'ridan-to'g'ri kuchlanish pasayishining haroratga teskari proportsional bog'liqligi parallel ulanishlarda p-n o'tishlari bo'lgan qurilmalardan foydalanishni cheklaydi.

2) Teskari oqimlar, agar ular to'g'ridan-to'g'ri oqimlardan bir necha marta kichikroq bo'lsa, ularni e'tiborsiz qoldirish mumkin.

3) Ko'chkining buzilishi kuchlanishi, bu elementning teskari kuchlanish ostida ishlash chegarasini belgilaydi, ayniqsa, impulsli induktiv elementlar bilan ishlashda siz e'tibor berishingiz kerak. Biroq, kristalning umumiy qalinligi teskari kuchlanishlarni 1 - 2 kVgacha cheklaydi. Teskari kuchlanishni yanada oshirish faqat teskari oqimlarni tenglashtirish bilan elementlarni ketma-ket yig'ish bilan mumkin.

4) Vaqtinchalik xususiyatlar ayniqsa tiklanish vaqti(o'tkazgichdan o'tkazmaydigan holatga o'tish vaqti), bu aslida ozchilik tashuvchilarni SCRdan olib tashlash va uni kengaytirish vaqti. Va bu parametr xarakterli davomiyligi 10-5 s bo'lgan diffuz jarayonlar bilan belgilanadi. Diyot ekvivalent zanjirlarida impuls reaktsiyalarini modellashtirishda 2 ta sig'imli element ishlatiladi: to'siq sig'imi, bu SCR o'lchami va bo'sh joy zaryadi bilan belgilanadi (u teskari kuchlanishlarda muhim), shuningdek diffuz quvvat, bu ko'pchilik va ozchilik tashuvchilarning kontsentratsiyasi bilan belgilanadi (u oldinga kuchlanishning pasayishi uchun muhimdir). Tarqalgan sig'im SCRda nomutanosiblik zaryadining to'planishi va rezorbsiyasi vaqtlarini aniqlaydi va bir necha o'nlab nanofaradlar qiymatiga yetishi mumkin. Diyotlarni ishlab chiqarishda texnologik jarayonlarning rivojlanishi sezilarli darajada ta'sir qilish imkonini berdi impuls xususiyatlari va tez va o'ta tezkor diodlarda tiklanish vaqtini o'nlab nanosekundlarga qisqartiring.

Shuning uchun Spice dasturi va uning keyingi modifikatsiyalari uchun ishlab chiqilgan haqiqiy yarimo'tkazgichli diodaning matematik modeli ma'lum bir elementni modellashtirish uchun foydalanuvchi tomonidan o'rnatilgan 30 tagacha konstantalarni o'z ichiga olgan ancha murakkab matematik ifodadir.

Oldinga kuchlanishning pasayishini kamaytirish bo'yicha ishlar yaratilishga olib keldi Shottki diodlari, bunda p-n o'tish joyi metall-yarimo'tkazgich juftligidan hosil bo'lgan Schottky to'sig'i bilan almashtiriladi. Bu SCR hajmini kamaytirishga va oldingi kuchlanishning pasayishini taxminan ikki baravar kamaytirishga imkon berdi, lekin ayni paytda ruxsat etilgan teskari kuchlanish sezilarli darajada kamaydi (< 250 В) и увеличились обратные токи. При этом улучшились импульсные характеристики, что позволило применять эти диоды при частотах до 100 кГц.

Keskin pasayish dinamik qarshilik(Rd=dU/dIt) teskari buzilish kuchlanishida diodlardan varistorlar kabi kuchlanish stabilizatorlari sifatida foydalanish imkonini beradi. Ammo diodlar, varistorlardan farqli o'laroq, kamroq dinamik qarshilik qiymatlariga ega. Ammo shuni hisobga olish kerakki, stabilizatsiya rejimida p-n o'tish SCRda chiqarilgan energiya P = Ul ga teng. pr×I. Shuning uchun ular yaratilgan Zener diodlari Va ko'chki diodlari issiqlikka chidamli p-n birikmasi bilan va ular asosida Zener diodlari.

SCR orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tganda, zaryad tashuvchilar fotonning emissiyasi bilan qayta birlashadi, to'lqin uzunligi yarim o'tkazgich materiali bilan belgilanadi. Ushbu materialning tarkibini va elementning dizaynini o'zgartirib, uni yaratish mumkin LEDlar izchil ( lazerli diodlar) va ultrabinafshadan infraqizil nurgacha bo'lgan juda keng spektrli diapazon uchun inkogerent nurlanish.

Yarimo'tkazgichli texnologiyalarning rivojlanishi yaratilishiga olib keldi bipolyar tranzistor, har xil turdagi o'tkazuvchanlik, n-p-n yoki p-n-p bo'lgan uch qatlamli yarimo'tkazgich materialidan iborat. Bu qatlamlar kollektor-baza-emitter deb ataladi. Shunday qilib, biz 2 ta ketma-ket p-n birikmasini oldik, lekin qarama-qarshi yo'naltirilgan o'tkazuvchanlikka ega. Tranzistor effektiga erishish uchun emitentning o'tkazuvchanligi asosiy o'tkazuvchanlikdan kattaroq bo'lishi va taglikning qalinligi teskari o'tkazuvchanlik bilan kollektor-tayanch birikmasining SCR kengligi bilan taqqoslanishi kerak. Uchun ish n-p-n tranzistor umumiy asosga ega bo'lgan sxema bo'yicha, manbaning musbat qutbi kollektorga ulanadi, manfiy qutb emitentga ulanadi va tayanch-emitter birikmasi qo'shimcha manba bilan ochiladi. Shu bilan birga, ozchilik tashuvchilari - elektronlar nozik tayanch qatlamiga oqib chiqa boshlaydi. Ulardan ba'zilari kollektorning musbat salohiyati ta'sirida yopiq baza-kollektor o'tish joyidan o'tib, bu o'tish orqali teskari oqim sifatida kollektor oqimining oshishiga olib keladi. Bundan tashqari, kollektor oqimi asosiy oqimdan bir necha yuz baravar yuqori bo'lishi mumkin ( tranzistor effekti).

Shunday qilib, bipolyar tranzistorni asosiy oqim tomonidan boshqariladigan chiziqli bo'lmagan qarshilik deb hisoblash mumkin.

UGO bipolyar tranzistorlari quyidagi shaklga ega:

Bipolyar tranzistorning I-V xarakteristikalari yoki kollektor oqimining turli tayanch oqimlarida 2N2222 tranzistor uchun kollektor-emitter kuchlanish UCE (IC) ga bog'liqligi.

Shunday qilib, kollektor oqimi asosiy oqim bilan belgilanadi, lekin past tayanch oqimlarida bu qaramlik sezilarli darajada chiziqli emas. Bu deb ataladigan narsa faol rejim.

Yuqori tayanch oqimlarida, kollektor-bazaning o'tish joyining to'liq ochilishiga erishilganda, tranzistor kontakt potentsial farqining ikki barobariga teng bo'lgan minimal kollektor-emitter kuchlanishining pasayishi bilan to'yingan holatga o'tadi "1,2-1,4 V (ikki seriyali ulangan). ochiq p-n o'tish). olamiz boy rejimi.

Bu tranzistorlardan foydalanishning 2 ta imkoniyatiga olib keladi - faol rejimda, kabi kuchaytirgich, va to'yingan rejimda - kabi elektr kaliti.

Keling, tranzistorni faol rejimda ishlatishga misol keltiraylik - chiziqli kuchlanish stabilizatori.

Ushbu sxemada tranzistor umumiy kollektor sxemasiga muvofiq ulanadi, ya'ni kollektor oqimi va asosiy oqim manbalari umumiy nuqta bilan ulanadi va nazorat oqimi Rv rezistor orqali bazaga kiradi. Baza-emitter o'tish joyi ochiq bo'lgani uchun, biz uning ustidagi kuchlanishning pasayishi oqimga bog'liq emas va potentsial to'siq UBE = 0,6-0,7 V ga teng deb taxmin qilishimiz mumkin. Zener diyoti DZ yo'q bo'lganda, kuchlanish bo'luvchi qoidaga muvofiq chiqish kuchlanishi UOUT ~ UIN RL/RV+RL. DZ zener diyoti UZ ga asoslangan doimiy kuchlanish darajasini saqlaydi. Lekin u holda UOUT= UZ - UBE doimiy qiymat bo'lib, kirish kuchlanishiga va yuk oqimiga bog'liq emas. Da DC yuk va shunga mos ravishda asosiy oqim, kirish kuchlanishining har qanday oshishi Uin kollektor oqimini o'zgartirmaydi, chunki tranzistorning faol rejimida kollektor-tayanch birikmasining dinamik qarshiligi ¥ ga yaqin. Shu bilan birga, yuk oqimining o'zgarishi oddiygina asosiy oqimning o'zgarishiga va shunga mos ravishda kollektor oqimining o'zgarishiga olib keladi.

Bipolyar tranzistorning to'yinganlik rejimida ishlashi o'zgaruvchan toklar bilan kattaligi va davomiyligi bo'yicha mutanosib bo'lgan katta nazorat oqimlarini talab qiladi. Shuning uchun taklif qilindi tiristor, 4 dan iborat ketma-ket p-n-p-n qatlamlar.

Tekshirish oqimi yoqilganda, birinchi p-n o'tish joyi ochiladi (q1 tranzistorining asosiy emitteri) va emitentdan elektronlar o'tib keta boshlaydi. ikkinchi p-n o'tish (tranzistor Q1 ning asosiy kollektori).. Shu bilan birga, u ochiladi uchinchi p-n o'tish (baza-emitter p-n-p tranzistor Q2) va shunga mos ravishda ikkinchi p-n o'tish (baza-kollektor tranzistor Q2). Bu oqimning birinchi pn birikmasiga oqishini ta'minlaydi va nazorat oqimi endi kerak emas. Barcha o'tishlar orasidagi chuqur aloqa ularning to'yinganligini ta'minlaydi.

Shunday qilib, nazorat oqimining qisqa zarbasi bilan biz tizimni taxminan 2 V kuchlanish pasayishi bilan to'yingan holatga o'tkazishga muvaffaq bo'ldik. Ushbu strukturadagi oqimni o'chirish uchun biz uni 0 ga kamaytirishimiz kerak va bu qachon juda oddiy garmonik signal. Natijada, biz tarmoqlar uchun kuchli yarimo'tkazgichli kalitlarga ega bo'ldik o'zgaruvchan tok, har bir yarim tsiklning boshida qisqa impulslar bilan boshqariladi.

Bundan tashqari, yarimo'tkazgich strukturasining o'tkazuvchanligini unga elektr maydonini qo'llash orqali o'zgartirishingiz mumkin, bu esa oqim uchun qo'shimcha tashuvchilarni yaratadi. Bu ommaviy axborot vositalari bo'ladi asosiy va ular hech qanday joyga tarqalishiga hojat yo'q. Bu holat bipolyar tuzilmalarga nisbatan ikkita afzallik beradi.

Birinchidan, o'tkazuvchanlikning o'zgarishi vaqtlari qisqaradi, ikkinchidan, nazorat deyarli nol oqimda potentsial signal bilan amalga oshiriladi, ya'ni asosiy oqim nazorat oqimidan amalda mustaqildir. Va yana bir afzallik, elektr maydoni tomonidan boshqariladigan yarimo'tkazgich strukturasining bir xilligi tufayli paydo bo'ldi - bu qarshilikning ijobiy harorat koeffitsienti bo'lib, ushbu tuzilmalarni mikroelektronika yordamida individual mikroelementlar shaklida (har biriga bir necha milliongacha) ishlab chiqarishga imkon berdi. kv. sm) va agar kerak bo'lsa, ularni parallel ravishda ulang.

Ushbu printsip asosida yaratilgan tranzistorlar deyiladi maydon(xorijiy adabiyotlarda FET yoki Field emission tranzistor). Hozirgi vaqtda bunday qurilmalarning juda ko'p turli xil dizaynlari ishlab chiqilgan. Izolyatsiya qilingan eshikli dala effektli tranzistorni ko'rib chiqing, unda boshqaruv elektrodi ( Darvoza), yarimo'tkazgichdan izolyatsiyalovchi qatlam, odatda alyuminiy oksidi bilan ajratilgan. Ushbu dizayn MOS (metall-oksid-yarim o'tkazgich) yoki MOS (metall-oksid-yarim o'tkazgich) deb ataladi. Yarimo'tkazgichning elektr maydoni ta'sirida qo'shimcha tashuvchilar hosil bo'ladigan fazosi deyiladi kanal, kirish va chiqish mos ravishda chaqiriladi manba Va drenaj. Ishlab chiqarish texnologiyasiga qarab, kanallar induksiyalangan bo'lishi mumkin (p-o'tkazuvchanlik n-materialda hosil bo'ladi yoki aksincha) yoki o'rnatilgan (p-o'tkazuvchanligi bo'lgan bo'shliq n-materialda yaratiladi yoki aksincha). Rasmda induktsiyalangan va o'rnatilgan p-kanalli MOS tranzistorining odatiy gorizontal dizayni ko'rsatilgan.

UGO MOS tranzistori

Bu erda BUZ11 tranzistorining uzatish xususiyatlari, ya'ni drenaj oqimi va drenaj manbai kuchlanishining eshik kuchlanishiga bog'liqligi. Ko'rinib turibdiki, tranzistorning ochilishi Uthrning ma'lum bir qiymatidan boshlanadi va u tezda to'yinganlikka kiradi.

Bu erda BUZ11 tranzistorining statik xarakteristikasi, ya'ni drenaj oqimining drenaj manbai kuchlanishiga bog'liqligi. Markerlar to'yinganlik rejimiga o'tish nuqtalarini belgilaydi

Dala effektli tranzistorlarning oqimning haddan tashqari yuklanishiga chidamliligi, boshqaruv yo'qotishlarini sezilarli darajada kamaytiradigan yuqori kirish qarshiligi, yuqori kommutatsiya tezligi, qarshilikning ijobiy harorat koeffitsienti - bularning barchasi dala boshqaruviga ega qurilmalarga nafaqat bipolyar qurilmalarni amalda almashtirishga, balki elektrotexnika sohasida yangi yo'nalish yaratish - aqlli quvvat elektroniği, bu erda deyarli har qanday quvvatning energiya oqimlari nazorat qilinadi soat chastotalari o'nlab kilogerts tartibida, ya'ni deyarli real vaqtda.

Biroq, yuqori oqimlarda dala effektli tranzistorlar to'g'ridan-to'g'ri yo'qotishlar bo'yicha bipolyar tranzistorlardan pastroqdir. Agarda bipolyar tranzistor to'yingan bo'lishi sharti bilan, yo'qotishlar P = IKUpr bilan aniqlanadi, bu erda Upr amalda oqimdan mustaqildir va taxminan ikkita ochiq bo'lgan potentsial to'siqning balandligiga teng. p-n o'tish joylari, keyin dala effektli tranzistorlarda P=IC2 Rpr, bu erda Rpr asosan bir hil kanalning qarshiligi.

Ushbu muammoning echimi dala boshqaruvini bipolyar tranzistor bilan birlashtirish orqali topildi. Ushbu izolyatsiyalangan bipolyar tranzistor o'zining savdo nomi IGBT (Izolyatsiya darvozasi bipolyar tranzistor) bilan yaxshi tanilgan.

IGBT uchun UGO

Ko'rib turganingizdek, bu erda substrat sifatida dala effektli tranzistorning vertikal tuzilishiga p+ qatlami qo'shilgan va emitent E va kollektor K o'rtasida bipolyar pnp tranzistor hosil bo'lgan. G darvozasida ijobiy potentsial ta'siri ostida p-mintaqada J1 birikmasini ochadigan o'tkazuvchi kanal paydo bo'ladi. Shu bilan birga, ozchilik tashuvchilarning in'ektsiyasi past qarshilikli n-qatlamga chuqur boshlanadi, J2 qatlami biroz ochiladi va p-n o'tish joyini ushlab turadigan p-qatlamidagi tashuvchilar tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan kollektor va emitent o'rtasida oqim o'ta boshlaydi. J1 ochiq holatda. JGBT dagi kuchlanishning pasayishi an'anaviy bipolyar tranzistorda bo'lgani kabi J1 va J2 ochiq p-n o'tish joylarida kuchlanish pasayishi bilan aniqlanadi. JGBTni o'chirish vaqtlari ushbu o'tish joylaridan ozchilik tashuvchilarning rezorbsiyasi vaqtlari bilan belgilanadi. Ya'ni, qurilma dala effektli tranzistor sifatida yoqiladi va bipolyar sifatida o'chadi, buni GA100T560U_IR qurilmasini almashtirish misolida ko'rish mumkin.

Ushbu tuzilmani dala effektli boshqaruv tranzistori va bipolyar asosiy tranzistorning kombinatsiyasi sifatida ko'rish mumkin.

JGBT bo'ylab kuchlanish pasayishining haroratga bog'liqligi J2 o'tish joyidagi salbiy koeffitsient va p-qatlam kanalidagi musbat koeffitsient, shuningdek, n-qatlam bilan belgilanadi. Natijada, ishlab chiquvchilar ijobiy harorat koeffitsientini ustun qo'yishga muvaffaq bo'lishdi, bu esa ushbu yarimo'tkazgichli tuzilmalarni parallel ulash uchun yo'l ochdi va amalda cheksiz oqimlar uchun qurilmalarni yaratishga imkon berdi.

Kommutatsiya uchun IGBT da yig'ish

3300 V gacha kuchlanish va oqimlar

Chiziqli bo'lmagan elementlarning barchasi yarim o'tkazgich va elektron qurilmalar, lahzali qiymatlari juda keng diapazonda o'zgarib turadigan signallar bilan ishlash. O'ziga xoslik uchun, kirish signali kuchlanish va chiqish signali oqim bo'lganda, chiziqli bo'lmagan ikki terminalli tarmoqlarni ko'rib chiqamiz.
unda. Barcha usullar va natijalar chiziqli bo'lmagan to'rt terminalli tarmoq holatiga o'tkazilishi mumkin, masalan, katta kirish signali amplitudalarida chiziqli bo'lmagan rejimda ishlaydigan tranzistor. Bu erda chiqish davri kirish voltaji bilan boshqariladigan oqim manbai bilan ifodalanadi. Xarakterli chiziqli bo'lmagan element kuchlanish o'rtasidagi funktsional nochiziqli munosabatni o'rnatadi
va joriy quvvat
unda:

(2.1)

IN inertial element oniy oqim qiymati
faqat kuchlanish qiymatiga bog'liq emas
bir vaqtning o'zida , balki oldingi vaqtlardagi ushbu kuchlanish qiymatlarida ham. Inersiyasiz elementlar, qat'iy aytganda, mavjud emas. Inertsiyasiz holat Agar kirish signalidagi o'zgarishning xarakterli vaqti chiziqli bo'lmagan elementning o'zida jarayonni o'rnatish vaqtidan sezilarli darajada oshsa, taxminan amalga oshiriladi. Yarimo'tkazgichli qurilmalarda barqaror holatni o'rnatish vaqti
Bilan.

Qurilmalarning inertsiyasini oqim tashuvchilarning inertsiyasi bilan bog'lash mumkin. Tebranish chastotasi oshgani sayin, qurilma orqali tashuvchilarning o'tish vaqti tebranish davri bilan solishtirish mumkin bo'lganda, u o'zini namoyon qila boshlaydi. Bunday inertsiya chiqish oqimining kirish kuchlanishiga nisbatan fazalarida kechikish (siljish) sodir bo'lishida, faol kirish va chiqish qarshiliklarining o'zgarishi va ularning murakkablarga aylanishida va hokazolarda namoyon bo'ladi. Natijada, daromadlar kuchaytirgichlarning soni va generatorlarning chiqish quvvatlari odatda kamayadi. Xarakterli inertsiya turi harorat o'zgarishidagi termal inersiyadir, shuning uchun termistorlar qarshiligida. Faqat yetarlicha past tebranish chastotasida uning elementi harorati lahzali kuchlanish qiymatlariga rioya qilishga muvaffaq bo'ladi. Masalan, allaqachon chastotada
Akkor chiroq filamentining Hz qarshiligi deyarli o'zgarmas vaqtga ega emas, bu bir xil yoritishni ta'minlaydi. Xuddi shunday inertial elementlar garmonik tebranish generatorlarida ularning xususiyatlarini yaxshilash uchun ishlatiladi.

Chiziqli bo'lmagan inertial qurilmani hisoblash, agar uni ikkita oddiy qurilmani ulash orqali ifodalash mumkin bo'lsa, soddalashtirilishi mumkin: chiziqli bo'lmagan inertial qurilma va chiziqli inertial qurilma (filtr). Ushbu yondashuv, masalan, kirish signalining katta amplitudalarida rezonans yoki tarmoqli kuchaytirgichni hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Kuchaytirgichning faol elementi (tranzistor yoki vakuum trubkasi) inertsiyasiz chiziqli bo'lmagan qurilma sifatida ifodalanishi mumkin va uning passiv yukidagi (tebranish sxemasi yoki bog'langan zanjirlar tizimi) chiziqli bo'lmagan buzilishlarni e'tiborsiz qoldirish mumkin. Reaktiv elementlarni o'z ichiga olgan yuk chiziqli inertial qurilma bilan yaqinlashadi.

Olingan ifodalarda o'zaro almashtirishlar orqali biz R ab, R bc va R ca uchun ifodalarni olishimiz mumkin (ya'ni, yulduzni uchburchakka aylantirish ifodalari):

R ab = R a + R b + R a R b;

R bc = R b + R c + R b R c;

R ca = R c + R a + R c R a.

1.5.1. Umumiy ma'lumot

Nochiziqli elektr zanjiri bir yoki bir nechta chiziqli bo'lmagan elementlarni o'z ichiga olgan elektr zanjiri [ 1 ] .

Nochiziqli element Bu elektr zanjirining elementi bo'lib, uning parametrlari ularni aniqlaydigan miqdorlarga bog'liq (rezistor elementning oqim va kuchlanishga qarshiligi, sig'im elementining zaryad va kuchlanishdan sig'imi, magnit oqimdan induktiv elementning induktivligi va elektr toki).

Shunday qilib, qarshilik elementining joriy kuchlanish u (i) xarakteristikasi, induktiv elementning Veber-amper ps (i) xarakteristikasi va sig'im elementining kulon kuchlanishi q (u) xarakteristikasi to'g'ri chiziqqa o'xshamaydi. (chiziqli elementda bo'lgani kabi), lekin ma'lum bir egri odatda eksperimental tarzda aniqlanadi va aniq analitik ko'rinishga ega emas.

Chiziqli bo'lmagan elektr zanjiri chiziqlidan bir qator muhim farqlarga ega va unda o'ziga xos hodisalar paydo bo'lishi mumkin.

Guruch. 1.28. Chiziqli bo'lmagan qarshilik, induktiv va sig'imli elementlarning UGO

(masalan, histerezis), shuning uchun chiziqli zanjirlarni hisoblash usullari chiziqli bo'lmagan davrlarga taalluqli emas. Superpozitsiya usulining chiziqli bo'lmagan sxemalar uchun qo'llanilmasligi ayniqsa diqqatga sazovordir.

Haqiqiy elementlarning xarakteristikalari hech qachon chiziqli emasligini tushunish muhimdir, lekin ko'pchilik muhandislik hisoblarida ularni maqbul aniqlik bilan chiziqli deb hisoblash mumkin.

Barcha yarimo'tkazgich elementlari (diodlar, tranzistorlar, tiristorlar va boshqalar) chiziqli bo'lmagan elementlardir.

Chiziqli bo'lmagan rezistiv, induktiv va sig'imli elementlarning an'anaviy grafik belgilari rasmda ko'rsatilgan. 1.28. Chiziqsizlikni keltirib chiqaradigan parametr (masalan, termistor uchun harorat) masofaviy panelda ko'rsatilishi mumkin.

1.5.2. Chiziqli bo'lmagan elementlarning parametrlari

Nochiziqli elementlar statik (R st, L st va C st) va differentsial (R d, L d va C d) parametrlari bilan tavsiflanadi.

Statik parametrlar Chiziqli bo'lmagan element xarakteristikaning tanlangan nuqtasi ordinatasining uning abscissasiga nisbati sifatida aniqlanadi (2-rasm). 1.29 ).

Statik parametrlar koordinatalarning boshi va hisoblash amalga oshiriladigan nuqta orqali o'tkazilgan to'g'ri chiziqning moyillik burchagi tangensiga proportsionaldir. Masalan, rasmda. 1.29 biz olamiz:

F st = y A = m y tg a, x A m x

bu yerda a - koordinatalar boshi va ish nuqtasi A orqali o'tkazilgan to'g'ri chiziqning qiyalik burchagi;

m y va m x mos ravishda ordinata va abscissa o'qlari bo'ylab masshtablardir.

Guruch. 1.29. Statik va differentsial parametrlarni aniqlashga

chiziqli bo'lmagan elementlar

F st = y A, F diff = dy x A dx

Demak, qarshilik, induktiv va sig'imli elementlarning statik parametrlari quyidagi ko'rinishga ega bo'ladi:

Differensial parametrlar chiziqli bo'lmagan element xarakteristikaning tanlangan nuqtasi ordinatasining kichik o'sishining uning abssissasining kichik o'sishiga nisbati sifatida aniqlanadi (1.29-rasm).

Differensial parametrlar xarakteristikaning ish nuqtasida va abscissa o'qida tangens burchakning tangensiga proportsionaldir. Masalan, rasmda. 1.29 biz olamiz:

F diff = dy = m y tan b, dx m x

bu erda b - xarakteristikaning va abscissa o'qining B ish nuqtasida tangensning moyillik burchagi;

m y va m x mos ravishda ordinata va abscissa o'qlari bo'ylab masshtablardir. Demak, qarshilik, induktiv differensial parametrlar

Faol va sig'imli elementlar quyidagi shaklga ega bo'ladi:

1.5.3. Nochiziqli sxemalarni hisoblash usullari

Elementlar parametrlarining chiziqli bo'lmaganligi sxemani hisoblashni qiyinlashtiradi, shuning uchun ular ishchi qism sifatida chiziqli yoki unga yaqin bo'lgan xarakteristikani tanlashga harakat qiladilar va maqbul aniqlik bilan elementni chiziqli deb hisoblashadi. Agar buning iloji bo'lmasa yoki xarakteristikaning chiziqli bo'lmaganligi elementni tanlash uchun sabab bo'lsa (bu, ayniqsa, yarimo'tkazgich elementlari uchun odatiy), unda maxsus hisoblash usullari qo'llaniladi - grafik, taxminiy

(analitik va qismli chiziqli) va boshqa bir qator. Keling, ushbu usullarni batafsil ko'rib chiqaylik.

Grafik usul

Usulning g'oyasi elektron elementlarning xususiyatlarini (volt-amper u (i), Weber-amper ps (i) yoki kulon-kuchlanish q (u)), so'ngra ularning grafikasi yordamida qurishdir. transformatsiyalar (masalan, qo'shish), butun sxema yoki uning kesimi uchun mos xarakteristikani oling.

Grafik hisoblash usuli foydalanish uchun eng sodda va intuitiv bo'lib, hisob-kitoblarning asosiy qismi uchun zarur bo'lgan aniqlikni ta'minlaydi, ammo u sxemadagi oz sonli chiziqli bo'lmagan elementlar uchun qo'llaniladi va grafik konstruktsiyalarni bajarishda ehtiyot bo'lishni talab qiladi.

Chiziqli va chiziqli bo'lmagan rezistor elementlarning ketma-ket ulanishi uchun chiziqli bo'lmagan sxemani grafik usulda hisoblash misoli rasmda ko'rsatilgan. 1.30, a, parallel uchun - rasmda. 1.30, b.

Bir o'qda ketma-ket sxemani hisoblashda barcha hisoblangan elementlarning xarakteristikalari tuziladi (ko'rib chiqilayotgan misol uchun bu chiziqli bo'lmagan qarshilik R ne uchun u ne (i) va chiziqli R le uchun u le (i)). U (i) zanjiridagi umumiy kuchlanishning o'zgarishi tabiati chiziqli bo'lmagan u ne (i) va chiziqli u le (i) elementlarning u (i) = u ne (i) + u xususiyatlarini qo'shish orqali aniqlanadi. le (i). Qo'shish da amalga oshiriladi bir xil qiymatlar oqim (i = i 0 uchun: u 0 = u ne 0 + u le 0, 1.30-rasmga qarang, a.).

Parallel zanjirni hisoblash xuddi shunday amalga oshiriladi, faqat butun zanjirning xarakteristikasi doimiy kuchlanishdagi oqimlarni qo'shish orqali tuziladi (u = u 0 uchun: i 0 = i ne 0 + i le 0, 1.30-rasmga qarang). , b.).

Guruch. 1.31. Chiziqli bo'lmagan element uchun ekvivalent sxema sifatida faol chiziqli ikki terminalli kalit

Taxminlash usuli

Usulning g'oyasi chiziqli bo'lmagan elementning eksperimental ravishda olingan xarakteristikasini analitik ifoda bilan almashtirishdir.

Analitik taxminlar mavjud , bunda elementning xarakteristikasi analitik funktsiya bilan almashtiriladi (masalan, chiziqli y = ax + b, ste-

som y = a th bx va boshqalar) va qismlarga bo'linadi

chiziqli, bunda elementning xarakteristikasi to'g'ri chiziqli to'plam bilan almashtiriladi

chiziq segmentlari. Analitik yaqinlashish aniqligi

mation yaqinlashuvchi funktsiyani to'g'ri tanlash va koeffitsientlarni tanlashning aniqligi bilan aniqlanadi. Bo'lak-bo'lak chiziqli yaqinlashishning afzalligi uning foydalanish qulayligi va elementni chiziqli deb hisoblash qobiliyatidir.

Bundan tashqari, signal o'zgarishlarining cheklangan diapazonida uning o'zgarishlarini chiziqli deb hisoblash mumkin (ya'ni kichik signal rejimi), chiziqli bo'lmagan element, maqbul aniqlik bilan, ekvivalent chiziqli faol ikki terminalli sxema bilan almashtirilishi mumkin (1.31-rasm, ikki terminalli sxema § 2.3.4 da batafsilroq ko'rib chiqiladi), bu erda oqim va kuchlanish ifoda bilan bog‘lanadi:

U = E + Rdiff I,

Bu erda Rdiff - chiziqli bo'linmadagi chiziqli bo'lmagan elementning differentsial qarshiligi.

i = a (e bu - 1) ko'rinishdagi funktsiyadan foydalangan holda yarimo'tkazgichli diodning xususiyatlarini analitik yaqinlashtirishga misol rasmda ko'rsatilgan. 1.32, b, qismli chiziqli yaqinlashish - rasmda. 1.32, in, diodaning dastlabki xarakteristikalari shaklda ko'rsatilgan. 1.32, a.

Guruch. 1.32. Yarimo'tkazgichli diodaning xarakteristikalari yaqinlashishi.

a - diodaning dastlabki xarakteristikasi;

b – i = a (e bu - 1) ko‘rinishdagi funksiya yordamida analitik yaqinlashish;

c – qismli chiziqli yaqinlashish.