电路的线性和非线性元件

线性元素

电路中电流对电压 I (U) 或电压对电流 U (I) 以及电阻 R 的依赖性恒定的那些元件称为电路的线性元件.因此，由这些元件组成的电路称为线性电路。

线性元件的特点是具有线性对称的电流-电压特性 (CVC)，类似于一条与坐标轴成一定角度通过原点的直线。这表明对于线性元件和线性电路 欧姆定律 严格遵守。

此外，我们不仅可以讨论具有纯有源电阻 R 的元件，还可以讨论线性电感 L 和电容 C，其中磁通量对电流的依赖性 — Ф (I) 以及电容器电荷对电流的依赖性其极板之间的电压 — q (U)。

线性元素的一个主要例子是 盘绕线电阻器… 在一定的工作电压范围内，通过这种电阻器的电流线性地取决于电阻值和施加到电阻器上的电压。

导体特性（电流-电压特性） — 施加在导线上的电压与导线中的电流之间的关系（通常用图表表示）。

例如，对于金属导体，其中的电流与施加的电压成正比，因此特性是一条直线。线越陡，导线的电阻越低。然而，一些电流与施加电压不成正比的导体（例如，气体放电灯）具有更复杂的非线性电流-电压特性。

非线性元件

如果对于电路的元件，电流对电压的依赖性或电压对电流的依赖性以及电阻 R 不是恒定的，即它们根据电流或施加的电压而变化，则此类元件被称为非线性，相应地，一个包含至少一个非线性元件的电路，结果是 非线性电路.

非线性元件的电流-电压特性不再是图形上的一条直线，它是非线性的，而且往往是不对称的，例如半导体二极管。电路的非线性元件不满足欧姆定律。

在这种情况下，我们不仅可以谈论白炽灯或半导体器件，还可以谈论非线性电感和电容器，其中磁通量 Φ 和电荷 q 与线圈电流或之间的电压非线性相关电容器的极板。因此，对于它们来说，韦伯安培特性和库仑伏特特性将是非线性的，它们由表格、图表或分析函数设置。

非线性元件的一个例子是白炽灯。随着通过灯丝的电流增加，它的温度升高并且电阻增加，这意味着它不是恒定的，因此电路的这个元件是非线性的。

静态电阻

对于非线性元件，其I—V特性的每一点都有一定的静态电阻特性，即图中每一点的电压电流比都被赋予一定的电阻值，可以计算为图形斜率的角度 alpha 与水平 I 轴的正切，就好像该点位于折线图上一样。

微分电阻

非线性元件也有所谓的微分电阻，它表示为无限小的电压增加与相应的电流变化之比。该电阻可以计算为给定点的 I-V 特性曲线的切线与水平轴之间夹角的正切值。

这种方法使简单非线性电路的分析和计算尽可能简单。

上图显示了一个典型的 I - V 特性 二极管…它位于坐标平面的第一和第三象限，这告诉我们，在二极管的 pn 结上施加正电压或负电压（在一个方向或另一个方向），将会有正向或反向偏置从二极管的 pn 结。随着二极管两端的电压沿任一方向增加，电流最初略有增加，然后急剧增加。因此，二极管属于不受控制的非线性双极网络。

此图显示了具有典型 I-V 特性的系列。 光电二极管 在不同光照条件下。光电二极管的主要工作模式是反向偏压模式，当光通量 Φ 恒定时，电流在相当宽的工作电压范围内几乎不会发生变化。在这些条件下，调制照射光电二极管的光通量将导致同时调制通过光电二极管的电流。因此，光电二极管是一种受控的非线性双极型器件。

这是 VAC 晶闸管，在这里您可以清楚地看到它对控制电极电流大小的依赖性。在第一象限 — 晶闸管的工作部分。在第三象限，I—V特性的开始是一个小电流和一个大外加电压（在闭合状态下，晶闸管的电阻非常高）。在第一象限，电流高，电压降小——晶闸管目前处于开路状态。

当一定的电流施加到控制电极时，就会发生从关闭状态到打开状态的转变时刻。当通过晶闸管的电流减小时，就会发生从打开状态到关闭状态的转变。因此，晶闸管是一个受控的非线性三极管（就像集电极电流取决于基极电流的晶体管）。