Линейные и нелинейные элементы

В идеализированном линейном резисторе сопротивление R постоянно, а ток пропорционален напряжению: I=U/R. Его вольт-амперная характеристика — прямая линия. Для линейных RLC-цепей действуют методы суперпозиции и стандартные расчёты комплексных сопротивлений.

У нелинейного элемента ток не пропорционален напряжению во всём диапазоне. Его рабочую точку определяют по характеристике и условиям цепи. Диод, варистор, терморезистор, лампа накаливания и полупроводниковый ключ — примеры элементов, поведение которых нельзя описать одним постоянным R.

Для нелинейной характеристики отношение U/I в выбранной точке называют статическим сопротивлением. Малое изменение напряжения и тока вокруг рабочей точки описывают дифференциальным сопротивлением r≈ΔU/ΔI. Эти величины не обязаны совпадать.

Параметры многих устройств зависят от температуры. Сопротивление металлической нити лампы после разогрева намного выше холодного; поэтому пусковой ток лампы может быть большим. У NTC-терморезистора сопротивление уменьшается с ростом температуры, у PTC — увеличивается в заданном диапазоне.

Нелинейный элемент всегда работает не «сам по себе», а в цепи. Например, диод последовательно с резистором подключён к источнику. Ток должен одновременно удовлетворять ВАХ диода и закону Ома для резистора. Точка пересечения этих условий и есть рабочая точка. Если напряжение источника или сопротивление изменится, рабочая точка сместится.

Именно поэтому фраза «у диода сопротивление 50 Ом» обычно мало полезна. При другом токе отношение U/I будет другим. Для диагностики важнее знать ожидаемое прямое падение в конкретном диапазоне тока и отсутствие пробоя в допустимом обратном режиме.

Если электрик измерил омметром сопротивление нелинейной нагрузки и подставил его в I=U/R для рабочего сетевого режима, результат может быть неверным. Для аппаратов и электронных устройств используют паспортные характеристики, рабочие кривые и измерения в предусмотренном режиме.