23-2. Форма кривой тока в цепи с вентилями

Нелинейное активное сопротивление с наиболее резко выраженной несимметрией характеристики (относительно начала координат), т. е. сопротивление с односторонней проводимостью, называется электрическим вентилем. Односторонней проводимостью обладают меднозакисные, селеновые, германиевые, кремниевые и другие полупроводниковые вентили, ртутные вентили, газотроны, тиратроны и электронные лампы всех типов.

Рис. 23-1.

Статическая вольт-амперная характеристика для мгновенных значений таких элементов показана на рис. 23-1, а. В зависимости от реальных параметров цепи ее можно приближенно представить в виде ломаных линий, изображенных на рис. 23-1, б и в. Характеристики полупроводниковых и электронных (кенотронов) вентилей ближе к кривой, изображенной рис. 23-1, о, а характеристики ртутных вентилей и газотронов имеют вид кривой на рис. 23-1, в. Ограничимся процессами при таких скоростях изменения тока, для которых можно считать, что динамическая вольт-амперная характеристика сопротивления совпадает со статической. Такие сопротивления будем называть безынерционными.

Элементы с характеристиками, показанными на рис. 23-1, б и б, можно представить схемами замещения, состоящими из идеального вентиля и последовательно с ним включенного активного сопротивления или источника э. д. с. Е. Под идеальным вентилем понимается такое сопротивление, величина которого при одной полярности напряжения равна нулю, а при другой полярности равна бесконечности. Вольт-амперная характеристика идеального вентиля представляется положительным участком оси i и отрицательным участком оси и (рис. 23-1, г).

Рис. 23-2.

Расчет цепи графическим методом. Чтобы построить кривую тока в цепи с односторонней проводимостью и проверить допустимость идеализации характеристики вентиля, рассмотрим выпрямитель (рис. 23-2), состоящий из последовательно соединенных источника синусоидального напряжения вентиля с характеристикой , представленной на рис. 23-1, а, и линейного сопротивления нагрузки .

Так как

то, зная зависимость и параметр , можно построить кривую путем суммирования абсцисс кривой и прямой (рис. 23-2). На этом же рисунке внизу построена зависимость напряжения от времени t для трех различных амплитуд (кривые

1, 2, 3). Находя по характеристике для каждого мгновенного напряжения соответствующее значение тока, нетрудно по токам построить зависимость тока i от времени t (справа на рис. 23-2

Как видно из построения, кривая состоит из чередующихся положительных и отрицательных полуволн. Так как угол наклона характеристики при положительных значения напряжения их во много раз больше, чем при отрицательных, так положительные полуволны тока значительно больше отрицательных. Различие в абсолютных значениях полуволн тока тем заметнее, чем больше амплитуда напряжения источника. При достаточно большой амплитуде (например, кривая 1) отрицательной полуволной тока можно пренебречь и считать, что кривая тока состоит только из положительных полуволн, каждая из которые имеет форму половины синусоиды (однополупериодное выпрямление). При выпрямлении малых напряжений (например, кривая 3) ток обратной полуволны может оказаться одного порядка с током положительной полуволны. В этом случае выпрямляющее действие вентиля сказывается значительно меньше.

Часто выпрямитель работает в таком режиме, когда ток положительной полуволны много больше тока отрицательной полуволны и последним можно пренебречь. В этом случае с вполне допусти мой для практики точностью характеристику реального вентиля (рис. 21-1, а) можно заменить характеристикой идеального вентиля (рис. 21-1, г) и рассчитывать цепь методом кусочно-линейной аппроксимации.