10.04.2025
Разное

Вольт амперная характеристика пассивного двухполюсника: Вольт-амперная характеристика двухполюсника (ВАХ)

alexxlabАвтор: alexxlab

Содержание

Вольт-амперная характеристика двухполюсника (ВАХ)

Аббревиатурой ВАХ (англ. I-V) принято обозначать вольт-амперную характеристику (current–voltage characteristic) двухполюсника.

Двухполюсник

Двухполюсник — это абстрактное представление о реальном элементе электрической цепи, которое изображается в виде прямоугольника имеющего два вывода, являющихся входом и выходом. Через такой объект проходит электрический ток (electrical current) — это один показатель, а между входом и выходом существует разность потенциалов в виде ЭДС или падения напряжения — это другой показатель. Отношение между двумя этими величинами, током и напряжением, и есть вольт-амперная характеристика.

ВАХ — это математическая функция зависимости тока от напряжения. Изображается в виде графика. Как и любая алгебраическая функция может быть линейной и нелинейной (кривой). Если имеется ещё и третий параметр, от которого зависит функция тока, тогда следует говорить о семействе вольт-амперных характеристик (ВАХ). Таким параметром может быть температура, влажность, время, освещённость, давление.

Например, трёхполюсник, которым является простой биполярный транзистор, можно рассматривать как три варианта двухполюсников, где третий вывод и будет дополнительным параметром. Для серии значений третьего параметра у двухполюсника образуется целое семейство ВАХ.

Самым простым примером двухполюсника является резистор, у которого ВАХ представляет собой прямую линию (линейная характеристика) в полном соответствии с Законом Ома. Но даже такое простое устройство имеет зависимость от внешних факторов таких как температура. Это проявляется в том, что его ВАХ максимально приближена к линейной, но в реальности есть много факторов оказывающих влияние математическую функцию тока для этого элемента.

Вольт-амперная характеристика резистора представляет собой функцию тока по Закону Ома и показывает свойства проводимости и сопротивления двухполюсника.

Двухполюсником с нелинейной характеристикой может быть полупроводниковый фотоэлемент, у которого проводимость зависит от освещённости. Естественным образом полупроводниковый диод (вентиль) также имеет нелинейную ВАХ.

Многие производители устройств и компонентов в предоставляемой документации (datasheet) приводят снятые вольт-амперные характеристики (current–voltage characteristic) своей продукции для разных режимов работы. ВАХ позволяют оперативно выбрать оптимальный режим работы устройств, а также подобрать им функциональную и параметрическую замену.

Визуально в режиме реального времени ВАХ можно наблюдать с помощью осциллографа.

Кроме применения в электронике и электротехнике, вольт-амперные характеристики (ВАХ) используются, например, в электрофизиологии для исследования биоэлектричества. Биологическая мембрана рассматривается как двухполюсник и с неё снимается ВАХ. Везде, где есть электрический ток, в любой среде, где возможно возникновение и изменение разности потенциалов, возможно построение вольт-амперной характеристики.

Дата: 22.05.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Вольт-амперные и внешние характеристики двухполюсников — Студопедия

 

Предварительное замечание. Для практического применения теории важно сформулировать признаки эквивалентности отдельных участков цепей в установившихся режимах. Проще всего эти признаки формулируются для двухполюсников в цепях постоянного тока с использованием их вольт-амперных или внешних характеристик.

 

И 2.20 Определение 1. Вольт-амперная характеристика двухполюсника – это функциональная зависимость между током и напряжением на его зажимах.

Пример к определению. 1. Вольт-амперная характеристика линейного пассивного двухполюсника.

И 2.21 Ток и напряжение на зажимах линейного пассивного двухполюсника пропорциональны; коэффициент пропорциональности называется эквивалентным сопротивлением двухполюсника (И2.9):
.

График этой вольт-амперной характеристики – прямая линия, проходящая через начало координат (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Вольт.амперная характеристика пассивного двухполюсника

 

И 2.22 Определение 2. Вольт-амперные характеристики активных двухполюсников обычно называют внешними характеристиками.

 

Пример 1 к определению 2. Вольт-амперная характеристики источника напряжения.

 

И 2.23 Внешняя характеристика источника напряжения с внутренним сопротивлением  имеет вид
 

Это уравнение получено по второму закону Кирхгофа для цепи, показанной на рис. 2.10. Ток в цепи регулируется изменением сопротивления приемника .

Рис. 2.10. Источник напряжения

    



И 2.24 График внешней характеристики источника напряжения
                                                                              (2.5)
 — прямая линия с отрицательным наклоном, не проходящая через начало координат (рис. 2.11).

 

Рис. 2.11. Вольт-амперная характеристика источника напряжения

 

И 2.25 В режиме холостого хода, когда приемник отключен и ток равен нулю, напряжение на источнике равно ЭДС:
.

 

Это следует из уравнения (2.5) при .

 

И 2.26 В режиме короткого замыкания, когда зажимы источника замкнуты проводом без сопротивления и напряжение на источнике равно нулю, его ток достигает максимальной величины (ток короткого замыкания)
                                           .                                

Последнее равенство следует из формулы (2.5) при .

 

И 2.27 Через точки, соответствующие режимам холостого хода и короткого замыкания, можно провести внешнюю характеристику источника напряжения (прямую), заданную уравнением (2.5).

Пример 2 к определению 2. Вольт-амперная характеристика источника тока.


 

И 2.28 Внешняя характеристика источника тока (неидеального, реального), обладающего внутренней проводимостью , может быть представлена в виде
                     .                                  (2.6)

Это уравнение получено с помощью первого закона Кирхгофа для цепи, показанной на рис. 2.12,

.

Здесь внутренний ток источника пропорционален напряжению на его зажимах .

Рис. 2.12. Источник тока

 

И 2.29 График внешней характеристики источника тока

— это прямая линия с отрицательным наклоном, не проходящая через начало координат (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Вольт-амперная характеристика источника тока

 

И 2.30 В режиме холостого хода, когда приемник отключен и ток в нем равен нулю, напряжение на источнике равно
.

Это равенство следует из уравнения (2.6) при условии, что .

 

И 2.31 В режиме короткого замыкания, когда зажимы источника замкнуты накоротко и напряжение на нем равно нулю, его ток достигает максимальной величины
.

 

Это следует из формулы (2.6) при условии, что .

 

И 2.32. Через точки, соответствующие режимам холостого хода и короткого замыкания, проходит прямая, которая является графиком внешней характеристики источника тока, заданной уравнением (2.6).

 

 

Пассивный и активный двухполюсники. Теорема об активном двухполюснике

Пассивный и активный двухполюсники. Теорема об активном двухполюснике

    Двухполюсником называется часть электрической цепи любой сложности и произвольной конфигурации, выделенная относительно двух зажимов (двух полюсов). Двухполюсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники (суммарное действие которых равно нулю), называется пассивным. 

Пассивный и активный двухполюсникиЕсли в схеме двухполюсника имеются не скомпенсированные источники, он называется активным. На схеме двухполюсник обозначают прямоугольником с двумя выводами (рис. 1.14). Это обозначение можно условно рассматривать как коробку, внутри которой находится электрическая цепь.

     Пассивный двухполюсник является потребителем энергии и может быть заменен 

Пассивный и активный двухполюсники

эквивалентным сопротивлением, величина которого равна входному сопротивлению двухполюсника (см., например, рис. 1.15).

Пассивный и активный двухполюсники

    Активный двухполюсник ведет себя как генератор. Находящиеся внутри него нескомпенсированные источники отдают энергию во внешнюю цепь (рис. 1.16, а). Можно попытаться подобрать источник энергии с ЭДС ЕЭ и внутренним сопротивлением RЭ, который будет эквивалентен двухполюснику, то есть будет создавать во внешней цепи тот же самый ток (рис. 1.16, б).

Пассивный и активный двухполюсники

    Полученный генератор должен быть эквивалентен двухполюснику в любом режиме, в том числе и в режимах холостого хода и короткого замыкания. Источники энергии, входящие в состав активного двухполюсника, в режиме холостого хода создают на его зажимах напряжение UХ (рис. 1.17, а), а при коротком замыкании вызывают ток IK (рис. 1.17, б).

Пассивный и активный двухполюсники

       Из схем, приведенных на рис. 1.17, следует:

Пассивный и активный двухполюсники

    То есть, любой активный двухполюсник может быть заменен эквивалентным генератором, ЭДС которого ЕЭ равна напряжению холостого хода двухполюсника, а внутреннее сопротивление RЭ напряжению холостого хода, деленному на ток короткого замыкания.

    Это утверждение и есть теорема об активном двухполюснике (эквивалентном генераторе).

Пример 1.4.  Заменить активный двухполюсник, выделенный пунктиром на рис. 1.18, а, эквивалентным генератором (рис. 1.18, б). Численные значения параметров цепи составляют: Е1 = 200 В, Е2 = 100 В, R1 = 50 Ом, R2 = 20 Ом, R3 = 20 Ом.

Пассивный и активный двухполюсники

 

Рис. 1.18. Замена активного двухполюсника (а) эквивалентным генератором (б).

 

Решение. Напряжение холостого хода, определяющее величину ЭДС эквивалентного генератора, можно найти по схеме на рис. 1.19, а любым известным способом.

Пассивный и активный двухполюсники

Рис. 1.19. Режимы холостого хода (а) и короткого замыкания (б)

    Воспользуемся, например, методом контурных токов. Принимая в качестве контурных токи I1Х для левого контура и I3Х для правого, записываем контурные уравнения, из которых определяем контурные токи:Пассивный и активный двухполюсники

где, I1x= 2,5A,  I3x= 7,5A.

    Напряжение холостого хода – это напряжение между точками m и n. Оно равно падению напряжения на сопротивлении R3:

Пассивный и активный двухполюсники

    Таким образом, ЭДС эквивалентного генератора ЕЭ = 75 В.

    Применим теперь метод узловых потенциалов.

    Принимая потенциал узла n равным нулю (j n = 0), для узла m запишем узловое уравнение:

Пассивный и активный двухполюсники  (1.12)Пассивный и активный двухполюсники

где 

    Из уравнения (1.12) имеем:

Пассивный и активный двухполюсники

    Получили тот же самый результат.

    Приступаем к расчету режима короткого замыкания. Ток IK в схеме на рис. 1.19, б найдем методом наложения. При действии только первой ЭДС ее ток проходит по первой ветви и, минуя вторую и третью ветви, замыкается по проводнику, закорачивающему зажимы двухполюсника:

Пассивный и активный двухполюсники

Аналогично находим ток, вызываемый второй ЭДС:

Пассивный и активный двухполюсники

Ток в третьей ветви равен нулю, так как она закорочена.

Поэтому

IK = I1K + I2K = 9 A.

    В соответствии с теоремой об эквивалентном генераторе

Пассивный и активный двухполюсники

Вольт-амперная характеристика




⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 10Следующая ⇒

 

 

Активные и пассивные двухполюсники.

 

Активные — двухполюсник, содержащий источники электрической энергии или содержащий нескомпенсированные источники(суммарное действие которых не равно нулю). Активный двухполюсник ведет себя как генератор. Находящиеся внутри него нескомпенсированные источники отдают энергию во внешнюю цепь.

Пассивные – двухполюсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники(суммарное действие которых равно нулю). Пассивный двухполюсник является потребителем энергии и может быть заменен эквивалентным сопротивлением, величина которого равно входному сопротивлению двухполюсника.

 

Схема замещения пассивного двухполюсника представляется в виде его входного сопротивления:

Схема замещения активного двухполюсника представляется эквивалентным источником с ЭДС Еэ и внутренним сопротивлением r0э , нагрузкой для которого является входное сопротивление пассивного двухполюсника Rвх=Rн.

Работа активного двухполюсника под нагрузкой Rн определяется его ВАХ(внешней), уравнение которой для данной цепи запишется в виде:

U=Eэ-I*r0э

 

 

Закон Ома для активной цепи.

 

Активной, называется цепь, содержащая минимум 1 источник ЭДС или тока.

 

Между точками b и c включен источник ЭДС, поэтому потенциал точки сотличается от потенциала точки bна величину ЭДС.

Стрелка источника показывает направление увеличения потенциала, соответственно потенциал точки с ниже потенциала точки b.

Между точкой а и с включено сопротивление. Потенциал точки а отличается от потенциала точки с на величину I*R.

Ток направлен от большего потенциала к меньшему, поэтому потенциал точки а больше чем потенциал точки с, таким образом потенциал точки а= ,

 

7.

 

 

Рис. 1.Общий вид четырехполюсника.

 

К входу четырехполюсника (1-1) подсоединен источник электрической энергии с задающим напряжением и внутренним сопротивлением . К выходным зажимам (2-2) присоединена нагрузка с сопротивлением . На входных зажимах действует напряжение , на выходных- . Через входные зажимы протекает ток , через выходных — .


Четырехполюсник – это часть схемы произвольной конфигурации, имеющая две пары зажимов, обычно называемые входными и выходными.

Примерами четырехполюсника являются трансформатор, усилитель, потенциометр и другие электротехнические устройства, у которых можно выделить две пары полюсов.

Пассивный четырёхполюсник — это четырёхполюсник, который не содержит источников энергии, либо содержит скомпенсированные источники энергии.

Активный четырёхполюсник — это четырёхполюсник, который содержит нескомпенсированные источники энергии.

 

 

Частотные характеристики четырехполюсника для коэффициента передачи тока Кi: а)АЧХ для Кi; б) ФЧХ для Кi.

 

Режимы четырехполюсника

Режим холостого хода- сопротивление нагрузки равно бесконечности

Режим короткого замыкания- сопротивление равно нулю

 

К четырехполюстникам можно отнести трансформатор

 

8. Независимые и зависимые (управляемые) источники напряжения и тока имеют 4 вида: ИТУТ, ИТУН, ИНУН, ИНУТ

 

ИТУТ — Источник тока управляемый током (бесконечно малое входное сопротивление и бесконечно большое выходное)

 

 

ИТУН — Источник тока управляемый напряжением (бесконечно большие входное и выходное сопротивления; минус, потому что принято другое направление тока I2)

 

 

ИНУН — Источник напряжения управляемый напряжением (бесконечно большое входное сопротивление и бесконечно малое выходное)

 

 

ИНУТ — Источник напряжения управляемый током (бесконечно малые входное и выходное сопротивления)

 

Билет 10.Пассивные идеализированные элементы эл. цепи: сопротивление, емкость, индуктивность.

Элементом электрической цепи называют идеализированное устройство, отображающее какое-либо из свойств реальной электрической цепи.
В теории электрических цепей различают активные и пассивные элементы. Первые вносят энергию в электрическую цепь, а вторые ее потребляют.



К пассивным элементам электрических цепей относят:
1) Резистивный элемент(учитывает преобразования электрической энергии в другие виды энергии). Обладает Сопротивлением – R (Ом)
В простейшем случае проводника длиной l и сечением S его сопротивление определяется выражением:

2) Индуктивный элемент (учитывает энергию магнитного поля катушки, а также ЭДС самоиндукции). Обладает индуктивностью – L(Гн)

Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки.

.
3) Ёмкостной элемент (учитывает энергию электрического поля конденсатора).

Конденсатор – это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета ёмкости необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними.

Эквивалентная схема с пассивными идеализированными элементами выглядит так:

Билет 11. Активные идеализированные элементы эл. цепи: источник напряжения, источник тока. Условия эквивалентности источника напряжения и источника тока.


Элементом электрической цепи называют идеализированное устройство, отображающее какое-либо из свойств реальной электрической цепи.
В теории электрических цепей различают активные и пассивные элементы. Первые вносят энергию в электрическую цепь, а вторые ее потребляют.

Активными называются элементы цепи, которые отдают энергию в цепь, т.е. источники энергии. Существуют независимые и зависимые источники. Независимые источники: источник напряжения(ЭДС) и источник тока.

Источник напряжения(ЭДС) — идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока.

Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения(ЭДС) = 0
Идеальный источник ЭДС обладает маленьким сопротивлением.

 

Источник тока– это идеализированный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Идеальный источник тока обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением.
А реальный источник тока обладает большим, но конечным сопротивлением.

 

Билет 12.Последовательное, параллельное и смешанное соединение резисторов. Определение эквивалентного сопротивления, напряжения и тока на отдельных резисторах.

 

Резистор– устройство, обладающее сопротивлением(R). Устанавливается в цепь для снижения тока(I).

Существуют три вида соединения:

1)Последовательное.
При последовательном соединении:
а) Сила тока (I) во всех участках цепи одинакова

I=I1=I2=In

б) Напряжение во внешней цепи равно сумме напряжений отдельных участков.

U=U1+U2

в) Эквивалентное сопротивление определяется:

Rэкв=R1+R2(для 2-х резисторов)

2) Параллельное.

При параллельном соединении:

а) Ток, до и после разветвления одинаков и равен сумме токов отдельных участков.

I=I1+I2

б) Напряжение во всех участках цепи одинаково
U=U1=U2

в) Общее эквивалентное сопротивление определяется:

 

3) Смешанное соединение.

Смешанное соединение резисторов является комбинацией последовательного и параллельного соединения. Иногда подобную комбинацию называют последовательно-параллельным соединением.

 

Напряжение, ток и эквивалентное сопротивление цепи при смешанном соединении обычно определяют методом преобразования, при котором сложную цепь последовательными этапами преобразовывают в простейшую.
Вначале определяют характеристики последовательно включенных резисторов, а затем определяют характеристики параллельно включенных сопротивлений.

 

 

 

13)Закон Ома

Данный закон очень удобно применять для ветви электрической цепи. Позволяет определить ток ветви при известном напряжении между узлами, к которым данная ветвь подключена. Также позволяет буквально в одно действие рассчитать одноконтурную электрическую цепь.

При применении закона Ома предварительно следует выбрать направление тока в ветви. Выбор направления можно осуществить произвольно. Если при расчете будет получено отрицательное значение, то это значит, что реальное направление тока противоположно выбранному.

 

Для ветви, состоящей только из резисторов и подключенной к узлам электрической цепиa и b (см. рис.) закон Ома имеет вид:

Соотношение (1.15) написано в предположении, что выбрано направление тока в ветви от узла aк узлу b. Если мы выберем обратное направление, то числитель будет иметь вид: (Ub-Ua). Теперь становится понятно, что если в соотношении (1.15) возникнет ситуация, когда Ub>Ua то получим отрицательное значение тока ветви. Как уже упоминалось выше, это значит, что реальное направление тока противоположно выбранному

Первый закон Кирхгофа

Данный закон применим к любому узлу электрической цепи.

Первый закон Кирхгофа — алгебраическая сумма всех токов, сходящихся в узле равна нулю.

Токи, наравленные к узлу, условно принимаются положительными, а направленные от него — отрицательными (или наоборот). На рисунке ниже изображен пример применения первого закона Кирхгофа для узла, в котором сходится 5 ветвей.

Более понятна для понимания другая формулировка первого закона Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу электрической цепи равна сумме токов, направленных от него.

Второй закон Кирхгофа

Данный закон применим к любому замкнутому контуру электрической цепи.

Второй закон Кирхгофа — в любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений в отдельных сопротивлениях.

Для применения данного закона на практике, сначала необходимо выбрать замкнутый контур электрической цепи. Далее в нем произвольно выбирают направление обхода (по часовой стрелке, или наоборот). При записи левой части равенства ЭДС, направления которых совпадают с выбранным направлением обхода, принимаются положительными, в обратном случае — отрицательными. При записи правой части равенства положительными считают падения напряжения в тех сопротивлениях, в которых выбранное положительное направление тока совпадает с направлением обхода. В противном случае, падению напряжения следует присвоить знак «минус».

 



Рекомендуемые страницы:

Схемотехника: Лабораторный практикум, страница 2

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАССИВНЫХ RC-ФИЛЬТРОВ

Цели
работы – изучение
свойств RC-фильтров низких и высоких частот, а также полосовых фильтров,
приобретение навыков работы с генератором сигналов специальной формы и цифровым
осциллографом.

1.1. Основные теоретические сведения

Простейшими элементами
электронных схем являются двухполюсники. Различают пассивные и активные
двухполюсники. Активные двухполюсники являются источниками энергии, например,
источники тока и напряжения.  Вольтамперная характеристика пассивного
двухполюсника всегда проходит через начало координат вольтамперной
характеристики. Пассивные двухполюсники бывают линейными и нелинейными.
Примером нелинейного двухполюсника является полупроводниковый диод. Резисторы,
конденсаторы и индуктивности относятся к линейным двухполюсникам – их
вольтамперные характеристики представляют собой прямую линию, рис. 1.1.

Рис. 1.1.
Вольтамперные характеристики линейных двухполюсников

Вольтамперная
характеристика не отражает фазовых соотношений между током и напряжением на
двухполюснике. Кроме этого из приведенных линейных зависимостей видно, что
индуктивное и емкостное сопротивления зависят от частоты. Зависимость фазы и
модуля полного сопротивления электрическому току Z рассматриваемых двухполюсников от угловой частоты ω
прикладываемого синусоидального напряжения приведены на рис. 1.2.

Рис.
1.2. Зависимость модуля импеданса Z, фазового сдвига φ между
током и

напряжением,
векторная диаграмма Френеля и осциллограммы тока

и напряжения на
резисторе (а), индуктивности (б) и конденсаторе (в)

Если собрать делитель
напряжения из пары пассивных двухполюсников разного типа, например из резистора
и конденсатора, то возникает цепь, попадающая под понятие пассивный
четырехполюсник, рис. 1.3.

Очевидно, что выходное
напряжение U2(t)
на рис. 1.3 а) и б) должно зависеть от частоты входного
напряжения U1(t)
в результате изменения емкостного сопротивления конденсатора. Фаза выходного
напряжения при изменении частоты также не останется неизменной, т. к. вклад в
полное сопротивление цепи со стороны компонента (конденсатора), у которого
имеется фазовый сдвиг между током и напряжением будет разным для разных частот.

    Рис. 1.3. Четырехполюсники:
фильтр нижних частот (а), фильтр верхних

                                частот (б) и обобщенное
изображение четырехполюсника (в)

Итак,
если на входе условного четырехполюсника действует гармонический сигнал с
зависимой от частоты фазой:

,

то в результате линейности элементов,
образующих четырехполюсник,  выходной сигнал останется синусоидальным, но будет
иметь другую амплитуду и дополнительный, зависимый от частоты, фазовый сдвиг:

.

Комплексная передаточная
функция, учитывающая амплитудные и фазовые соотношения между входным и выходным
сигналами, имеет вид:

                                               (1.1)

Данная функция всегда
может быть приведена к виду:

,                                         
         (1.2)

где K(ω)
– модуль комплексного числа.

Вольт-амперна характеристика двухполюсника

Абревіатурою ВАХ (англ. I-V) прийнято позначати вольт-амперну характеристику (current-voltage characteristic) двухполюсника.

Двухполюсник – це абстрактне уявлення про реальний елементі електричного кола, яке зображається у вигляді прямокутника має два висновки, які є входом і виходом. Через такий об’єкт проходить електричний струм (electrical current) – це один показник, а між входом і виходом існує різниця потенціалів у вигляді ЕРС або падіння напруги – це інший показник. Відношення між двома цими величинами, струмом і напругою, і є вольт-амперна характеристика.

ВАХ – це математична функція залежності струму від напруги. Зображується у вигляді графіка. Як і будь-яка алгебраїчна функція може бути лінійної і нелінійної (кривої). Якщо є ще й третій параметр, від якого залежить функція струму, тоді слід говорити про сімейство вольт-амперних характеристик (ВАХ). Таким параметром може бути температура, вологість, час, освітленість, тиск.

Наприклад, трёхполюснік, яким є простою біполярний транзистор, можна розглядати як три варіанти двухполюсников, де третій висновок і буде додатковим параметром. Для серії значень третього параметра у двухполюсника утворюється ціле сімейство ВАХ.

Найпростішим прикладом двухполюсника є резистор, у якого ВАХ є пряму лінію (лінійна характеристика) в повній відповідності з Законом Ома. Але навіть такий простий пристрій має залежність від зовнішніх факторів таких як температура. Це проявляється в тому, що його ВАХ максимально наближена до лінійної, але в реальності є багато факторів впливають математичну функцію струму для цього елемента.

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) лінійного елемента R

Вольт-амперна характеристика резистора являє собою функцію струму згідно із законом Ома і показує властивості провідності і опору двухполюсника.

Двополюсників з нелінійної характеристикою може бути напівпровідниковий фотоелемент, у якого провідність залежить від освітленості. Природним чином напівпровідниковий діод (вентиль) також має нелінійну ВАХ.

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) нелінійного елемента напівпровідникового діода VD

Багато виробників пристроїв і компонентів в наданої документації (datasheet) призводять зняті вольт-амперні характеристики (current-voltage characteristic) своєї продукції для різних режимів роботи. ВАХ дозволяють оперативно вибрати оптимальний режим роботи пристроїв, а також підібрати їм функціональну і параметричну заміну.

Візуально в режимі реального часу ВАХ можна спостерігати за допомогою осцилографа.

Крім застосування в електроніці та електротехніці, вольт-амперні характеристики (ВАХ) використовуються, наприклад, в електрофізіології для дослідження біоелектрічества. Біологічна мембрана розглядається як двухполюсник і з неї знімається ВАХ. Скрізь, де є електричний струм, в будь-якому середовищі, де можливе виникнення і зміна різниці потенціалів, можлива побудова вольт-амперної характеристики.

« Опіки при ураженні електричним струмом
Закон Ома в комплексній формі »

Вольт-амперная характеристика — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Пример ВАХ для полупроводникового диода c p-n переходом. Зелёная область — прямая ветвь ВАХ (слева — участок обратного напряжения, справа — участок прямого тока), голубая область — область допустимых напряжений на обратной ветви ВАХ, розовая область — обратный лавинный пробой p-n перехода. Масштабы по оси тока для прямого и обратного тока разные.
Пример 4 различных ВАХ
Пример сток-затворной ВАХ (слева) и семейство стоковых ВАХ (справа) полевого транзистора с затвором в виде p-n перехода и каналом n-типа

Вольт-ампе́рная характери́стика (ВАХ) — зависимость тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Также ВАХ называют функцию выражающая (описывающая) эту зависимость и график этой функции.

Обычно рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности β=UI⋅dIdU{\displaystyle \beta ={\frac {U}{I}}\cdot {\frac {dI}{dU}}}), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию (описывающуюся законом Ома) и потому тривиальна.

Примеры элементов, обладающих существенно нелинейной ВАХ: диод, тиристор, стабилитрон.

Для трёхполюсных элементов с управляющим электродом (таких, как транзистор, тиристор или электровакуумный триод) часто строят семейства кривых, являющимися ВАХ для двухполюсника при заданном токе или напряжении на третьем управляющем электроде элемента.

Необходимо отметить, что в реальной схеме, особенно работающей с относительно высокими частотами (близкими к границам рабочего частотного диапазона) для данного устройства рабочая точка на ВАХ может пробегать по траекториям, отклоняющимся от ВАХ, измеренной на постоянном токе или низких частотах. Обычно такое отклонение связано с присущими инерционными свойствами прибора или ёмкостью и индуктивностью присоединённой к прибору цепи или паразитными ёмкостью и индуктивностью.

Форма ВАХ полупроводниковых приборов зависит от температуры его полупроводниковой структуры, например, от температуры p-n перехода. Для полупроводниковых диодов с p-n переходом при увеличении температуры угол наклона прямой и обратной ветвей ВАХ увеличивается.

Преобразования ВАХ

При последовательном или параллельном включении двух или нескольких двухполюсников вид ВАХ результирующего двухполюсника изменяется.

При параллельном соединении двух двухполюсников, напряжения на обоих приборах равны и при этом общий ток равен сумме токов, при последовательном — токи через каждый прибор равны, а общее напряжение на такой цепи равно сумме напряжений на элементах.

См. также

Вольт-амперная характеристика диода с PN переходом — характеристика прямого и обратного смещения

Вольт-амперная характеристика диода с PN переходом представляет собой кривую между напряжением на переходе и током цепи . Схема расположения кривой показана на рисунке ниже. Схема показывает, что резистор соединен последовательно с диодом с PN переходом, чтобы ограничить рост тока прямого смещения в пределах допустимых значений.Характеристическая кривая диода с PN-переходом построена по трем кривым: нулевое внешнее напряжение, прямое смещение и обратное смещение.

votl-ampere-circuit Нулевое внешнее напряжение

Когда цепь K разомкнута, на цепь не подается внешнее напряжение. Следовательно, в цепи не течет ток. Нулевое внешнее напряжение показано точкой O на графике, показанном ниже.

Прямое смещение

Диод с PN-переходом подключается с прямым смещением, удерживая ключ K в замкнутом состоянии и удерживая переключатель двойного хода в положении один.При прямом смещении полупроводниковый материал p-типа подключается к положительному концу источника питания, а полупроводниковый материал n-типа подключается к отрицательному выводу источника питания.

Когда напряжение увеличивается путем изменения номинала резистора R h , кривая цепи увеличивается очень медленно, и кривая становится нелинейной. Точка OA на кривой показывает возрастающую характеристику напряжения.

Ток медленно растет при прямом смещении, поскольку приложенное внешнее напряжение используется для пересечения потенциального барьера диода с PN-переходом.Но когда потенциальный барьер полностью устранен и внешнее напряжение, приложенное к переходу, увеличивается, PN-переход ведет себя как обычный диод, и ток цепи резко возрастает (показано в области AB).

Повышенный ток цепи контролируется сопротивлением R h и прямым сопротивлением перехода R f . Кривая становится линейной. Ток, превышающий номинальное значение, повредит диод.

Вольт-амперная характеристика PN-перехода показана на рисунке ниже.

volt-ampere-characteristic Обратное смещение

Когда положение двухполюсного переключателя двойного направления изменяется с 1 на 2, смещение диода изменяется с обратного смещения на прямое, т. Е. Материал p-типа подключается к отрицательному выводу источника питания, а n- Тип материала подключается к положительной клемме источника питания.

В условиях обратного смещения сопротивление диода становится очень высоким, и ток через диод практически не течет. Но на практике через диод протекает ток в миллиамперах.Этот ток известен как обратный ток. Обратный ток возникает из-за присутствия неосновных носителей заряда в полупроводниковом материале при нормальной комнатной температуре. Обратная характеристика диода с PN-переходом показана на рисунке выше.

Обратное смещение PN-перехода действует как прямое смещение для основных носителей заряда и, следовательно, они составляют неосновной ток в обратном направлении. Этот ток пренебрежимо мал при рабочих напряжениях.

Когда увеличивается обратное питание, увеличивается и обратный ток.Непрерывное увеличение обратного напряжения увеличивает кинетическую энергию неосновных носителей заряда. Кинетическая энергия неосновных электронов увеличивается настолько, что они выбивают электроны из полупроводниковой связи.

В этом состоянии сопротивление барьера увеличивается, из-за чего в стыке происходит пробой. Следовательно, ток обратного смещения увеличивается и необратимо повреждает переход.

Напряжение, при котором происходит разрыв PN-перехода, называется напряжением пробоя.

Ниже приведены важные моменты, которые необходимо учитывать при построении вольт-амперной характеристики.

  1. Нет тока через диод, когда внешнее напряжение становится равным нулю.
  2. При прямом смещении ток немного увеличивается, пока область истощения не будет полностью стерта.
  3. Прямое смещение внезапно увеличивается после напряжения колена.
  4. Прямой ток ограничен последовательным сопротивлением R и прямым сопротивлением R f .
  5. Прямой ток превышает номинальное значение, диод разрушается.
  6. При обратном смещении обратный ток немного увеличивается с увеличением неосновных носителей заряда.
  7. С увеличением обратного напряжения обратный ток резко увеличивается до большого значения. Именно из-за этого напряжения переход транзистора ломается и сопротивление резко падает.

Двухполюсный двухпозиционный переключатель имеет два выхода (вкл. И выкл.) Для каждого входа.

.

Ампер (А), электрический блок

Определение ампер

Ампер или ампер (обозначение: A) — это единица измерения электрического тока.

Устройство Ampere названо в честь Андре-Мари Ампера из Франции.

Один ампер определяется как ток, протекающий с электрическими
заряд одного кулона в секунду.

1 А = 1 К / с

Амперметр

Амперметр или амперметр — это электрический прибор, который используется
для измерения электрического тока в амперах.

Когда мы хотим измерить электрический ток на нагрузке,
амперметр подключается последовательно к нагрузке.

Сопротивление амперметра близко к нулю, поэтому он не будет
влияют на измеряемую цепь.

Таблица префиксов единиц ампер

наименование символ преобразование, пример
микроампер (микроампер) мкА 1 мкА = 10 -6 А I = 50 мкА
миллиампер (миллиампер) мА 1 мА = 10 -3 А I = 3 мА
ампер (амперы) А

–

 I = 10A
килоампер (килоампер) кА 1кА = 10 3 А I = 2кА

Как преобразовать ампер в микроампер (мкА)

Ток I в микроамперах (мкА) равен току I в амперах (А), деленному на 1000000:

I (мкА) = I (A) /1000000

Как преобразовать амперы в миллиампера (мА)

Ток I в миллиамперах (мА) равен току I в амперах (А), деленному на 1000:

I (мА) = I (A) /1000

Как перевести ампер в килоампер (кА)

Ток I в килоамперах (мА) равен току I в амперах (А), умноженному на 1000:

I (кА) = I (A) ⋅ 1000

Как преобразовать амперы в ватты (Вт)

Мощность P в ваттах (Вт) равна току I в амперах (A), умноженному на напряжение V в вольтах (В):

P (W) = I (A) ⋅ V (V)

Как преобразовать амперы в вольты (В)

Напряжение V в вольтах (В) равно мощности P в ваттах (Вт), деленной на ток I в амперах (A):

В (В) = P (Ш) / I (A)

Напряжение V в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на сопротивление R в омах (Ом):

В (В) = I (A) ⋅ R (Ом)

Как преобразовать амперы в Ом (Ом)

Сопротивление R в омах (Ом) равно напряжению V в вольтах (В), деленному на ток I в амперах (A):

R (Ом) = В (В) / I (A)

Как перевести амперы в киловатты (кВт)

Мощность P в киловаттах (кВт) равна току I в амперах (A), умноженному на напряжение V в вольтах (В), деленному на 1000:

P (кВт) = I (A) ⋅
В (В) /1000

Как перевести ампер в киловольт-ампер (кВА)

Полная мощность S в киловольт-амперах (кВА) равна действующему току I RMS
в амперах (A), умноженное на действующее значение напряжения V RMS в вольтах (В), деленное на 1000:

S (кВА) = I RMS (A) ⋅
В СКЗ (В) /1000

Как преобразовать амперы в кулоны (К)

Электрический заряд Q в кулонах (C) равен току I в амперах (A), умноженному на время протекания тока t в секундах (с):

Q (C) = I (A) ⋅ т (с)

См. Также

.

Двухполюсные выключатели 220 В (США)