Динамическое, дифференциальное сопротивление. Нелинейные элементы. Понятие.

Понятие дифференциального, динамического сопротивления. Определение. Свойства. (10+)

Динамическое (дифференциальное) сопротивление

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Существуют элементы, сопротивление которых не зависит от силы тока, проходящего через них. Это классические резисторы. Для них верен классический закон Ома. Однако есть большой класс электронных элементов и схем, электрическое сопротивление которых зависит от силы тока. То есть их сопротивление является функцией от силы тока.

Определение динамического (дифференциального) сопротивления

Для них тоже верен закон Ома, но он имеет такой вид:

U(I) = R(I) * I

Где U(I) - Напряжение на элементе, как функция от силы тока, R(I) - Сопротивление элемента, как функция силы тока, I - сила тока.

Таким образом можно вычислить сопротивление элемента при заданной силе тока:

R(I) = dU(I) / dI

То есть сопротивление является производной зависимости напряжения на элементе от силы тока по силе тока. Отсюда название 'дифференциальное сопротивление'. Выражение 'Динамическое сопротивление' означает тоже самое.

Помня, что производная равна тангенсу угла наклона касательной на графике функции, понимаем, что дифференциальное сопротивление равно тангенсу угла наклона касательной в нужной точке вольт-амперной характеристики.

Применение динамического (дифференциального) сопротивления

Для каких целей мы используем понятие динамического (дифференциального) сопротивления. Есть целый ряд элементов, для которых нам важно значение сопротивления на определенных участках их характеристик. Прежде всего это относится к источникам стабильного тока или стабилизаторам напряжения.

Нам интересно, насколько изменится сила тока через источник тока, при заданном изменении напряжения на нем. Чем меньше изменение тока, тем лучше источник тока. Ответ на этот вопрос как раз дает динамическое сопротивление источника тока при заданном токе.

При этом надо понимать, что напряжение на источнике тока не равно произведению силы тока на динамическое сопротивление при этом токе. Хорошие источники тока могут иметь динамическое сопротивление, равное десяткам МОм. Это не значит, что при токе 10 мА на них будет напряжение 100 000 Вольт, но значит, что изменение напряжения на 10 Вольт приведет к изменению тока на 1 мкА. Динамическое сопротивление характеризует локальные (при малых изменениях), но не глобальные свойства элемента.

Аналогично, динамическое сопротивление стабилизатора напряжения, например, стабилитрона, говорит нам на сколько изменится напряжение на нем при заданном токе и небольшом его изменении. Дифференциальное сопротивление хорошего стабилизатора напряжения в рабочей области может быть несколько Ом или даже несколько десятых Ома.

При малых изменениях силы тока и напряжения верны приблизительные равенства:

[Изменение напряжения, В] = [Динамическое сопротивление при заданном токе, Ом] * [Изменение силы тока, А]

[Изменение силы тока, А] = [Изменение напряжения, В] / [Динамическое сопротивление при заданном токе, Ом]

Используя эти равенства, можно рассчитать параметры стабилизаторов тока и напряжения.

Динамическое сопротивление диодов, стабилитронов и других полупроводниковых нелинейных приборов.

Сила тока через диод, включенный в прямом направлении, пропорциональна экспоненте напряжения на нем. Соответственно, с ростом силы тока дифференциальное сопротивление снижается пропорционально силе тока. Если мы знаем дифференциальное сопротивление диода при некотором токе (например, из справочника), то его дифференциальное сопротивление при токе, отличном в K раз, где K может быть как больше, так и меньше единицы, будет также отличаться в K раз.

Сказанное верно также для стабилитрона, включенного в обратном направлении (это его обычное включение) и перехода база - эмиттер транзистора, смещенного в прямом направлении.

Чтобы получить от этих элементов низкое дифференциальное сопротивление, нужно наращивать силу тока.

Некоторые электронные приборы, такие как тиристоры и диоды в режиме лавинного пробоя, обладают таким свойством: По мере увеличения напряжения на них, сила тока постепенно растет. Когда достигается напряжение пробоя, то ток резко возрастает. Участок характеристики, отвечающий за наступление пробоя демонстрирует отрицательное сопротивление, то есть рост силы тока при снижении напряжения. Но это отрицательное сопротивление является лишь плодом математической абстракции, так как удерживать названные радиоэлектронные компоненты на этом участке характеристики невозможно. Лавинный пробой развивается по своим законам, на которые нам не дано повлиять.

Есть такой замечательный электронный прибор, как туннельный диод. Он на самом деле демонстрирует отрицательное динамическое сопротивление (снижение падения напряжения при росте силы тока) на определенном участке своей характеристики. Его можно вывести на этот участок и поддерживать на нем. Подробнее о туннельном диоде и отрицательном сопротивлении можно прочесть по ссылке.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.