Nelinearni električni elementi

Pumpa pri radu se ne zagreva linearno, tako da se njeni elementi nazivaju nelinearnim.

Nelinearni električni elementi ili elementi nelinearnih električnih mreža su elementi čija naponsko-strujna karakteristika nije linearna. Na primeru sijalice sa volframovim vlaknom, može se uočiti da je promena otpornosti posledica promene temperature vlakna.

Struja koja kroz njih prolazi ne zavisi od napona linearno, već po formuli:

$I=I_{0}e^{V/V_{T}}.$

Podela

U prvu grupu elemenata nelinearnih električnih mreža spadaju elementi čija je nelinearnost posledica promena uslova rada. Ovim elementima osobina da je nelinearnost posledica promena uslova rada nije suštinska osobina. Na primer, ako provodnike držimo na podesan način na stalnoj temperaturi, njihova otpornost se ne menja sa promenom jačine struje kroz njih. Međutim, ako se njihova temperatura ne održava konstantnom (što je u praksi najčešće slučaj), oni su nelinearni, pošto se sa promenom jačine struje menja njihova temperatura, te i otpornost.

U drugu grupu nelinearnih elemenata mogu se razvrstati oni čija je naponsko-strujna karakteristika nelinearna čak i pri sasvim konstantnim radnim uslovima. Nelinearnost ovih elemenata je njihova suštinska karakteristika. U ovu grupu spadaju svi tzv. poluprovodnički elementi, kao što su tranzistori, poluprovodničke diode (germanijumske diode, silicijumske diode, itd.), sve vakuumske i gasne cevi, kao i neki poluprovodnički keramički otpornici.

Predstavnici

Najpoznatiji predstavnik prve grupe elemenata su termistori. Primer nelinearnog otpornika prve grupe je otpornik u vidu gvozdene niti smeštene u stakleni balon ispunjen vodonikom. Odabiranjem pritiska vodonika u balonu i dimenzija balona moguće je menjati uslove odvođenja toplote razvijene u niti kada kroz nju prostruji struja. On ima izvanrednu korisnu osobinu: jačina struje kroz njega ostaje približno konstantna u širokom opsegu napona između njihovih krajeva.

Kao prvi nelinearni element druge grupe, pomenimo poluprovodničke keramičke nelinearne otpornike. Opštim imenom ovakvi nelinearni otpornici se nazivaju varistori. Jedna vrsta su tzv. tiritni otpornici. Titrit je materijal koji se dobija presovanjem i kasnijom posebnom termičkom obradom smeše gline i silicijum karbida, sa malim dodatkom grafita. Od tirita se prave pljosnati cilindri kojima se dodaju kontakti i tako dobijaju otpornici. Tiritni otpornici i drugi varistori koriste se za zaštitu raznih uređaja od prenapona (na primer, od nepredviđeno visokih napona koji se javljaju pri udaru groma u napojnu mrežu).

Termistori i varistori

Različiti primerci termistora

Različiti primerci varistora

Nelinearni otpornici sa simetričnom naponsko-strujnom karakteristikom se dele na: termistore i varistore.

Osobine ovakvih otpornika ne zavise od smera struje kroz njih, odnosno napona između njihovih krajeva. Od ogromne važnosti su nelinearni elementi čija je karakteristika nesimetrična, posebno ako je nesimetrija jako izražena. U ovu grupu spadaju razne vrste poluprovodničkih i vakuumskih dioda.

Poluprovodničke diode

Poluprovodničke diode su naprave načinjene od dva materijala koji imaju različite vrste električne provodnosti, uslovljene različitim primesama u njihovoj kristalnoj rešetki. Jedan od materijala ima tzv. elektronsku provodnost, tj. to može biti metal ili poluprovodnik u kome su slobodni nosioci naelektrisanja elektroni. Drugi materijal ima električnu provodnost koja je posledica postojanja tzv. šupljina u kristalnoj rešetki, preciznije nedostatka elektrona. Zahvaljujući uslovima koji postoje na dodirnoj površini ovakva dva materijala, provodnost spoja je u jednom smeru daleko veća od provodnosti u drugom smeru.

Vakuumske diode

Vakuumska dioda je sastavljena od dve elektrode: anode i zagrejane katode, smeštene u stakleni ili metalni balon iz koga je izvučen vazduh. Katoda je načinjena od posebnog materijala koji ima osobinu da emituje elektrone kada se dovoljno zagreje (tzv. termoeletronska emisija). Ako se vakuumska dioda priključi na izvor napona tako da anoda bude pozitivna, kroz nju će postojati struja, pošto će elektroni koje emituje katoda biti povučeni od pozitivne anode. Ako se dioda priključi na izvor tako da katoda bude na višem potencijalu od anode, kroz diodu neće biti struje (sem u slučaju veoma malih napona), pošto tada električno polje koje potiče od stranog izvora sprečava elektrone koji se nalaze oko katode da stignu do anode.

Diode, posebno poluprovodničke, imaju ogroman praktičan značaj i veoma široku primenu. Na primer, savremeni brzi elektronski računari imaju ogromnu brzinu i kompaktnost zahvaljujući poluprovodničkim elementima, među kojima i poluprovodničkim diodama. Diode se takođe koriste da se od vremenski promenljive struje dobije približno vremenski konstantna struja.

Vidi još

• Poluprovodnici
• Termistor
• Varistor

Literatura

• YAN Kun(2011). Nonlinstor-An electronic circuit element based on the form of the nonlinear differential equation (Brief annotation of the connection equation(R)), Xi'an: Xi'an Modern Nonlinear Science Applying Institute.