電路的線性和非線性元件

線性元素

電路中電流對電壓 I (U) 或電壓對電流 U (I) 以及電阻 R 的依賴性恆定的那些元件稱為電路的線性元件.因此，由這些元件組成的電路稱為線性電路。

線性元件的特點是具有線性對稱的電流-電壓特性 (CVC)，類似於一條與坐標軸成一定角度通過原點的直線。這表明對於線性元件和線性電路 歐姆定律 嚴格遵守。

此外，我們不僅可以討論具有純有源電阻 R 的元件，還可以討論線性電感 L 和電容 C，其中磁通量對電流的依賴性 — Ф (I) 以及電容器電荷對電流的依賴性其極板之間的電壓 — q (U)。

線性元素的一個主要例子是 盤繞線電阻器… 在一定的工作電壓範圍內，通過這種電阻器的電流線性地取決於電阻值和施加到電阻器上的電壓。

導體特性（電流-電壓特性） — 施加在導線上的電壓與導線中的電流之間的關係（通常用圖表表示）。

例如，對於金屬導體，其中的電流與施加的電壓成正比，因此特性是一條直線。線越陡，導線的電阻越低。然而，一些電流與施加電壓不成正比的導體（例如，氣體放電燈）具有更複雜的非線性電流-電壓特性。

非線性元件

如果對於電路的元件，電流對電壓的依賴性或電壓對電流的依賴性以及電阻 R 不是恆定的，即它們根據電流或施加的電壓而變化，則此類元件被稱為非線性，相應地，一個包含至少一個非線性元件的電路，結果是 非線性電路.

非線性元件的電流-電壓特性不再是圖形上的一條直線，它是非線性的，而且往往是不對稱的，例如半導體二極管。電路的非線性元件不滿足歐姆定律。

在這種情況下，我們不僅可以談論白熾燈或半導體器件，還可以談論非線性電感和電容器，其中磁通量 Φ 和電荷 q 與線圈電流或之間的電壓非線性相關電容器的極板。因此，對於它們來說，韋伯安培特性和庫侖伏特特性將是非線性的，它們由表格、圖表或分析函數設置。

非線性元件的一個例子是白熾燈。隨著通過燈絲的電流增加，它的溫度升高並且電阻增加，這意味著它不是恆定的，因此電路的這個元件是非線性的。

靜態電阻

對於非線性元件，其I—V特性的每一點都有一定的靜態電阻特性，即圖中每一點的電壓電流比都被賦予一定的電阻值，可以計算為圖形斜率的角度 alpha 與水平 I 軸的正切，就好像該點位於折線圖上一樣。

微分電阻

非線性元件也有所謂的微分電阻，表示為無限小的電壓增加與相應的電流變化之比。該電阻可以計算為給定點的 I-V 特性曲線的切線與水平軸之間夾角的正切值。

這種方法使簡單非線性電路的分析和計算盡可能簡單。

上圖顯示了一個典型的 I - V 特性 二極管…它位於坐標平面的第一和第三象限，這告訴我們，在二極管的 pn 結上施加正電壓或負電壓（在一個方向或另一個方向），將會有正向或反向偏置從二極管的 pn 結。隨著二極管兩端的電壓沿任一方向增加，電流最初略有增加，然後急劇增加。因此，二極管屬於不受控制的非線性雙極網絡。

此圖顯示了具有典型 I-V 特性的系列。 光電二極管 在不同光照條件下。光電二極管的主要工作模式是反向偏壓模式，當光通量 Φ 恆定時，電流在相當寬的工作電壓範圍內幾乎不會發生變化。在這些條件下，調製照射光電二極管的光通量將導致同時調製通過光電二極管的電流。因此，光電二極管是一種受控的非線性雙極型器件。

這是 VAC 晶閘管，在這裡您可以清楚地看到它對控制電極電流大小的依賴性。在第一象限 — 晶閘管的工作部分。在第三象限，I—V特性的開始是一個小電流和一個大外加電壓（在閉合狀態下，晶閘管的電阻非常高）。在第一象限，電流高，電壓降小——晶閘管目前處於開路狀態。

當一定的電流施加到控制電極時，就會發生從關閉狀態到打開狀態的轉變時刻。當通過晶閘管的電流減小時，就會發生從打開狀態到關閉狀態的轉變。因此，晶閘管是一個受控的非線性三極管（就像集電極電流取決於基極電流的晶體管）。