Bipoli non lineari

Si dice bipolo non lineare un bipolo la cui caratteristica tensione-corrente non e una linea retta.


Esempi di caratteristiche di bipoli non Iineari di uso comune sono dati in fig. 4.7.Per determinate il punto di lavoro in circuiti chiusi non Iineari si procede esattamente come indicato all’articolo Determinazione del punto di lavoro.

Cosi pure, per determinate un bipolo equivalente a più bipoli non Iineari in serie o in parallelo, si adotta lo stesso metodo grafico illustrato all’articolo Bipolo equivalente.

La risoluzione analitica di reti non Iineari, con i metodi di Kirchhoff, delle correnti cicliche o del potenziale ai nodi, risulta invece molto complessa; essa richiede infatti I’impostazione di sistemi con equazioni di grado superiore al primo.

Nelle reti non Iineari non è mai possibile applicare i metodi di falsa posizione e di sovrapposizione degli effetti; inoltre i generatori di Thevenin e Norton risultano pure non Iineari, e quindi non sono più definibili valori di Rth o di Rn.

Per le reti con un solo generatore è consigliabile l’uso del metodo grafico, mentre nelle reti complesse è necessario l’uso dell’elaboratore.
Come esempi importanti di bipoli non Iineari tratteremo il diodo ed il diodo zener.

 

Il simbolo e la caratteristica del diodo sono dati in fig. 4.7 b). Il diodo consente la circolazione di corrente dall’anodo (A) verso il catodo (B), mentre la impedisce in senso opposto. Quando fa circolare corrente, il diodo si dice polarizzato in senso diretto, altrimenti polarizzato in senso inverso.

Il diodo zener ha il simbolo e la caratteristica di fig. 4.7 c). Quando è sottoposto ad una tensione minore di Vz, si comporta come un normale diodo. Se la tensione inversa tenta di superare Vz, lo zener stabilizza la tensione ai suoi capi al valore di Vz, qualunque sia la corrente che lo attraversa, purché compatibile con la corrente massima sopportabile dal componente.

Fig 4.7 – Esempi di caratteristiche non lineari. – a) Alimentatore da laboratorio limitato in corrente. b) Diodo. c) Diodo zener. d) Voltage Dependent Resistor (VDR)

Esempio: 

Calcolo del punto di lavoro del circuito di fig 4.8 (generatore reale che alimenta un diodo zener)

Fig 4.8 

Dopo aver verificato le convenzioni di segno, si sovrappongono le caratteristiche dei due bipoli.

Come si può osservare in figura 4.8 b), il punto di lavoro ha coordinate 5V, 0,5 A.

Esempio:

In  fig 4.9 a) il generatore ed il diodo zener dell’ esempio precedente sono collegati in parallelo, se visti dai punti A e B. Determinare il bipolo equivalente fra gli stessi punti A e B.

Fig 4.9

Con le convenzioni di segno di figura, la caratteristica dello zener deve essere ribaltata intorno all’asse delle tensioni. Eseguendo la somma delle correnti a parità di tensioni si ottiene la caratteristica di fig. 4.9 b).

Per correnti inferiori a 0,5 A la tensione risulta stabilizzata al valore Vz = 5 V. Per valori di tensione superiori a Vz ed inferiori a Vd non esistono punti nella caratteristica dello zener, e quindi nemmeno nella caratteristica risultante.

Esempio:

In fig. 4.10 a) un resistore lineare di 10 Ω viene posto in serie ad un diodo avente Vd = 0,6 V. Ricavare la caratteristica della serie.

Fig 4.10

In fig. 4.10 b) si sommano le tensioni a parità di corrente per ricavare la caratteristica complessiva.

Per correnti negative non esistono punti nella caratteristica del diodo, e quindi nemmeno nella complessiva, in accordo con il fatto che il diodo non conduce in senso inverso.

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