Megkülönböztetés az ohmikus és a nem ohmikus anyagok között az elektrotechnika területén

Az elektrotechnika szempontjából megkülönböztetést végeznek az elektromosan vezető anyagok, valamint az ohmikus és nem ohmikus típusok között.Az ohmikus vezetők megfelelnek az Ohm törvényének, lineáris kapcsolatot mutatva a feszültség és az áram között, jelezve az állandó ellenállást különböző elektromos terhelések mellett.Ez a kiszámítható természet dinamikus az elektronikus eszközök és áramkörök tervezéséhez és üzemeltetéséhez.

Másrészt a nem OHMIC vezetők változó ellenállást mutatnak, bonyolítják felhasználásukat, de előnyöket nyújtanak a fejlett alkalmazásokban, például a teljesítményszabályozásban és a jelfeldolgozásban.Viselkedésük a hőmérséklet, az anyagtulajdonságok és az elektromos terhelések változásaitól függ, és szükségük van a hasznosság maximalizálása érdekében.Az ohmikus és nem ohmikus vezetők felfedezése kiemeli megkülönböztető tulajdonságaikat, alkalmazásukat és analitikai módszereiket az elektronikus alkatrészek tervezéséhez és funkcionalitásának optimalizálásához.

Katalógus

1. ábra: ohmikus és nem ohmikus vezetők

Az ohmikus és nem ohmikus vezetők megértése

Amikor megvizsgáljuk, hogy a feszültség és az áram hogyan kölcsönhatásba lép a különféle típusú vezetőkben, a V-I karakterisztikus görbe nevű eszközre támaszkodunk.Ez a görbe az Y-tengely feszültségét ábrázolja és az X tengely áramát.Ennek a görbe létrehozásához a vezetőn át alkalmazott feszültséget fokozatosan beállítják, miközben a kapott áramot mérik.Ez a folyamat feltárja, hogy a vezető hogyan reagál a különböző feszültségszintekre.

Az ohmikus vezetőkben a feszültség és az áram közötti kapcsolat egyértelmű és kiszámítható.Az OHM törvénye szerint ez a két mennyiség közvetlenül arányos.A feszültség növekedésével az áram folyamatos sebességgel növekszik, egyenes vonalú (lineáris) V-I görbét eredményezve.Ez a linearitás azt jelzi, hogy a vezetőn belüli ellenállás állandó marad, függetlenül attól, hogy mennyi a feszültség.Korábbi feltételezések, amelyek szerint az anyagok ilyen körülmények között nemlineáris viselkedést mutathatnak, helytelennek bizonyultak az ohmikus vezetők számára.

A nem ohmikus vezetők azonban nem követik ezt az egyszerű mintát.Alacsonyabb feszültség esetén kezdetben lineáris kapcsolatot mutathatnak, mint az ohmikus vezetők.Ahogy a feszültség továbbra is növekszik, a görbe meghajlik vagy eltér az egyenes vonaltól, jelezve, hogy az ellenállás már nem állandó.Ehelyett az alkalmazott feszültségtől függően változik.Ezt a nemlineáris viselkedést általában olyan eszközökben látják, mint az izzólámpa és bizonyos félvezető alkatrészek.Ezekben az esetekben olyan tényezők, mint a hőmérséklet -változások és az anyagi tulajdonságok különböző elektromos körülmények között, hozzájárulnak a váltási ellenálláshoz.

2. ábra: Ohmic vezetők

Az ohmikus vezetők szerepe az elektronikában

Az ohmikus vezetékeket az Ohm törvényének betartása határozza meg, amely kimondja, hogy a vezetőn keresztül áramló áram közvetlenül arányos az rajta lévő feszültséggel.Egyszerűen fogalmazva: ha megduplázza az ohmikus vezetőre alkalmazott feszültséget, akkor az áram is megduplázódik.Ez a viselkedés kiszámítható, és matematikailag ábrázolható, mint V = IR, ahol R az ellenállás.Az ohmikus vezetőkben az R állandó marad, függetlenül a feszültség vagy az áram változásaitól.

3. ábra: Példák az ohmikus tulajdonságokkal rendelkező anyagokra

Az ohmikus tulajdonságokkal rendelkező anyagok általános példái közé tartozik a fémek, például a réz és az alumínium, valamint a szén és bizonyos fémötvözetek.Ezek az anyagok stabil ellenállásukról ismertek, ami biztosítja a feszültség és az áram közötti megbízható kapcsolatot.Ha ezt a kapcsolatot egy V-I görbén ábrázolják, az eredmény egyenes vonal.Ennek a vonalnak a lejtése a vezető ellenállását képviseli - ha a vonal meredek, akkor az ellenállás magas;Ha sekély, az ellenállás alacsony.Ez a lineáris kapcsolat befolyásolja az elektronikus áramkörök tervezését és működését.Például, a rézhuzalokat alacsony ellenállásuk miatt széles körben használják az elektromos rendszerekben, ami a különböző működési körülmények között stabil marad.Ez a stabilitás dinamikus a következetes áramköri teljesítmény fenntartásához és az olyan kérdések elkerüléséhez, mint a túlmelegedés vagy a feszültségcseppek.

4. ábra: Ellenállások

Az ellenállások, amelyek megfelelő alkatrészek a feszültség és az áramkörök áramlásának szabályozására, általában ohmikus viselkedést mutatnak.Úgy tervezték, hogy meghatározott mennyiségű ellenállást biztosítsanak a villamosenergia -áramlás szabályozására, biztosítva, hogy az áramkörök a tervezett módon működjenek.A legtöbb alkalmazásban az ohmikus ellenállások kiszámíthatósága nagyon kívánatos.Vannak olyan helyzetek, amikor a nem ohmikus ellenállásokat részesítik előnyben, például a túlfeszültség-védekező eszközökben, ahol az ellenállásnak meg kell változnia a különböző elektromos állapotok hatására.Az ohmikus vezetők és alkatrészek megbízhatósága és kiszámítható jellege képezi a legtöbb elektronikus eszköz gerincét.Az a képességük, hogy változatos körülmények között fenntartsák a következetes teljesítményt, sokféle alkalmazást igényelnek, az egyszerű vezetékektől a komplex áramköri tervekig.

5. ábra: Nem ohmikus vezetők

A nem ohmikus vezetők fejlett alkalmazásai elektronikus

A nem ohmikus vezetékeket olyan ellenállás jellemzi, amely az alkalmazott feszültséggel változik, így viselkedésüket az ohmikus vezetőkhöz képest bonyolultabbá teszik.Az ohmikus vezetőkkel ellentétben, ahol az áram és a feszültség közvetlenül arányos, a nem ohmikus vezetők nem követik az OHM törvényét.Például egy izzólámpában az izzószál ellenállása növekszik, amikor felmelegszik, megváltoztatva az áramlást.Ez azt jelenti, hogy ha a feszültség megduplázódik, akkor az áram nem csupán kétszeresére, mert az ellenállás a hőmérséklet és az anyag tulajdonságai között változik.

6. ábra: Félvezető diódák

A félvezető diódák egy másik példát kínálnak a nem ohmikus viselkedésre, ahol az áram elsősorban egy irányba áramlik.A dióda feszültség-áram (V-I) kapcsolata nagyon nemlineáris.A dióda nem engedi a jelentős áram áramlását, amíg az alkalmazott feszültség meghaladja az előremenő feszültségnek nevezett bizonyos küszöböt.E küszöb alatt az áram nagyon alacsony.Másrészt, amikor a feszültséget fordított irányban alkalmazzák, az áram minimális marad, amíg el nem éri a súlyos bontási feszültséget.Ez az egyedülálló viselkedés a helyesbítés folyamatához vezet, ahol a váltakozó áramot (AC) átalakítják egyenáramra (DC).

7. ábra: izzólámpák

Az olyan komponensek, például a diódák és az izzólámpák változó ellenállása és nemlineáris reakciója rávilágít a feszültség, az ellenállás és az áram közötti bonyolult kapcsolatra a nem ohmikus vezetőkben.Ezeket a tulajdonságokat a fejlettebb elektronikus alkalmazásokhoz használják, de kihívásokkal is bevezetik a kiszámíthatóság és az áramkör kialakítását.A mérnököknek gondosan mérlegelniük kell ezeket a tényezőket, amikor a nem ohmikus alkatrészeket elektronikus rendszerekbe integrálják a megfelelő funkcionalitás és megbízhatóság biztosítása érdekében.

Az ohmikus és nem ohmikus vezetők összehasonlító elemzése

Az ohmikus vezetők könnyen azonosíthatók egyértelmű, lineáris kapcsolatukkal az áram és a feszültség között.A grafikonon ábrázolva ez a kapcsolat egyenes vonalat képez, jelezve, hogy az ellenállás állandó marad, az alkalmazott feszültségtől függetlenül.Ezt a következetes viselkedést nem befolyásolja a hőmérséklet vagy más működési feltételek változásai.Az olyan anyagok, mint a réz, amelyet általában a vezetékekhez használnak, és a standard elektronikus alkatrészek, például az ellenállások, példázzák az ohmikus vezetékeket.Stabil és kiszámítható elektromos tulajdonságaik ragaszkodnak ahhoz, hogy biztosítsák a megbízható áramköri teljesítményt a különféle környezeti körülmények között.

A nem ohmikus vezetők eltérően viselkednek, nemlineáris kapcsolatot mutatnak a feszültség és az áram között.Ezekben az anyagokban az ellenállás olyan tényezőkkel változik, mint a hőmérséklet és az elektromos terhelés, ami egy V-I görbéhez vezet, amely meghajlik vagy görbül, ahelyett, hogy egyenes vonalat képezne.Ez azt jelzi, hogy az ellenállás nem állandó, de a működési körülményektől függően változik.A nem ohmikus vezetőkre példa lehet olyan félvezető eszközök, mint a diódák és a tranzisztorok, amelyek dinamikusak a modern elektronikában.Az akkumulátorokban és az elektrokémiai sejtekben használt elektrolitok szintén ebbe a kategóriába tartoznak.Ezek az összetevők hasznosak azokban az alkalmazásokban, ahol az ellenállás és az áram áramlásának ellenőrzött változásai kívánatosak, például a teljesítményszabályozásban és a jelfeldolgozásban.

8. ábra: Nem ohmikus vezető ellenállása

A nem ohmikus vezetők ellenállásának értékelésének módszerei

A nem ohmikus vezetők ellenállásának megtalálásához a lejtő módszert kell használnia, amely kiszámítja a differenciális rezisztenciát a feszültség-áram (V-I) görbe mentén.Ez a módszer magában foglalja a görbe két pontjának kiválasztását és a feszültség változásának (∆V) és az áram változásának (∆V) arányának kiszámítását.A vonal lejtése e két pont között az ellenállást biztosítja a görbe adott részén.

Az állandó ellenállású ohmikus vezetőkkel ellentétben a nem ohmikus vezetők olyan ellenállást mutatnak, amely a feszültség és az áram változásától függ.Ez teszi a lejtő módszert, mert lokalizált ellenállás mérését biztosítja, tükrözve, hogy a vezető hogyan viselkedik a különböző operatív állapotokban.

A rezisztencia dinamikája a nem ohmikus vezetőkben

A rezisztencia dinamikája a nem ohmásban Karmester
Komplex változók az ellenállásban Számítás	Az ellenállás kiszámítása a nem ohmásban A vezetők olyan tényezők keverékét foglalják magukban, mint az anyagtulajdonságok, a hőmérséklet Az ingadozások, az elektromos mező intenzitása és a dopping szint a félvezetőkben. Ezek az elemek kölcsönhatásba lépnek, hogy a vezető ellenállását oly módon alakítsák ki Légy elég bonyolult.
Anyagi tulajdonságok és ellenállás	A karmester összetétele a Fő szerepet az ellenállás meghatározásában.Például a félvezetőknél Különböző atomok hozzáadása (a dopping néven ismert folyamat) megváltoztatja az elektronok mozgását az anyagon keresztül.Ezek az elektronok gyakran ütköznek az atomokkal, és a ezeknek az atomoknak a jellege - mi ők és hogyan vannak elrendezve - befolyásolja a könnyűséget amellyel az elektronok áramolhatnak.Annál nehezebb az elektronok Mozduljon, minél magasabb az ellenállás.
Hőmérsékleti hatások	A hőmérsékleti változások jelentősen vannak Hatás a nem ohmikus vezetők ellenállására.Ahogy a hőmérséklet emelkedik, A vezetőben lévő atomok intenzívebben rezegnek, növelve az esélyeket Az elektronok ütköznek velük.Ez a megnövekedett ütközési arány magasabbhoz vezet ellenállás.Ez a hőmérsékleti érzékenység továbbá jellemző nem ohmikus vezetők, különösen olyan környezetben, ahol a hőmérsékletek ingadozik.
Elektromos mező intenzitása	Félvezetőkben a Az elektromos mező szintén befolyásolhatja az ellenállást.Egy erős elektromos mező képes További töltőhordozók - elektronok és lyukak - generálnak, amelyek csökkentik az ellenállást. Ez az elv különösen jelentős az olyan eszközökben, mint a varistors, amelyek Védje az érzékeny elektronikát a túlzott feszültség elterelésével az energia alatt hullámok.
Dopping és annak hatásai	A dopping magában foglalja a szennyeződések hozzáadását a félvezető, hogy módosítsa az elektromos tulajdonságait.A szám növelésével töltőhordozók, a dopping általában csökkenti az ellenállást.Képesség A dopping szintje pontosan ellenőrzése lehetővé teszi a viselkedés finomhangolását félvezetők, biztosítva, hogy az elektronikus eszközök optimálisan teljesítsenek a sokféleség a feltételek.

Következtetés

Az ohmikus és nem ohmikus vezetők feltárása intenzív dichotómiát mutat az elektromos vezetőképesség területén.Az ohmikus vezetők, kitartó és kiszámítható jellegükkel, továbbra is alátámasztják a hagyományos elektromos áramkörök és eszközök stabilitását és hatékonyságát.Konzisztens ellenállásuk sarokkövet biztosít az alapvető áramkör -tervezési alapelvekhez és az elektromos infrastruktúrák szélesebb megbízhatóságához.Hasonlóképpen, a nem ohmikus vezetők dinamikus ellenállási tulajdonságaikkal kulcsszerepet játszanak az elektronikus technológia fejlődésében, különösen azokban az eszközökben, amelyek eltérő működési állapotok alatt az elektromos tulajdonságok árnyékos irányítását igénylik.Az a képesség, hogy pontosan mérjük és manipuláljuk ezen vezetők ellenállását, különösen olyan technikák révén, mint például a lejtő módszer, javítják képességünket olyan áramkörök megtervezésére, amelyek mind innovatívak, mind alkalmazkodnak a változó feltételekhez.

Ahogy részletes elemzéssel és gyakorlati alkalmazásokkal tovább megértjük ezeket az anyagokat, az ohmikus és a nem ohmikus viselkedés közötti különbség nemcsak elméleti tudásunkat gazdagítja, hanem a kifinomultabb és megbízhatóbb elektronikus rendszerek fejlesztését is irányítja.Így ezeknek a vezetőknek a tanulmányozása nem csupán tudományos, hanem kitartó törekvés az elektronikus mérnöki és technológia fejlődésében.

Gyakran feltett kérdések [GYIK]

1. Melyek a 3 nem ohmikus vezető?

Félvezetők: Az olyan anyagok, mint a szilícium és a germánium, nem követik az OHM törvényét a feszültségek és a hőmérsékletek széles skáláján, egyedi sávszerkezeteik miatt.

Diódák: Kifejezetten úgy tervezték, hogy az áram csak egy irányba áramolhasson, az alkalmazott feszültség iránya alapján eltérő ellenállásokat mutatva.

Tranzisztorok: Ezek az eszközök, amelyeket széles körben használnak az elektronikus áramkörökben, a bemeneti feszültség és a jel alapján változó ellenállást mutatnak, amely nem igazodik az OHM törvényéhez.

2. Mi a példa egy ohmikus eszközre?

Fémhuzal -ellenállás: A fémekből, például a rézből vagy a nikrómból származó ellenállás nagyon szorosan követi az Ohm törvényét, amely lineáris kapcsolatot mutat a feszültség és az áram között állandó hőmérsékleti körülmények között.

3. Melyek a nem ohmikus vezető jellemzői?

Feszültségfüggő ellenállás: Az ellenállás az alkalmazott feszültséggel változik, nem tartja fenn az állandó arányt.

Irányított függőség: Az olyan eszközökben, mint a diódák, az ellenállás az alkalmazott áram irányától függően változhat.

Hőmérsékleti érzékenység: Számos nem ohmikus anyag jelentős változásokat mutat az ellenállásban a hőmérsékleti változásokkal.

4. Mi a különbség a nem ohmikus és ohmikus vezetők között?

Ellenállási viselkedés: Az ohmikus vezetők állandó ellenállással bírnak a feszültségek és a hőmérsékletek tartományában, betartva a V = IRV = IRV = IR képletet.A nem ohmikus vezetőknek nincs állandó ellenállása, és a V-IV-IV-I kapcsolatuk nem lineáris.

Linearitás: Az ohmikus vezetők lineáris kapcsolatot mutatnak az áram és a feszültség között.A nem ohmikus vezetők nemlineáris kapcsolatot mutatnak, ahol az áram és a feszültséggörbék vagy a hajlítás ábrázolása.

5. Melyek a két példa a nem ohmikus ellenállásra?

Fénykibocsátó diódák (LED -ek): Ellenállásuk az alkalmazott feszültséggel változik, és csak lehetővé teszi az áram átjutását egy bizonyos küszöbfeszültség felett.

Varisztorok (feszültségfüggő ellenállások): Azok az alkatrészek, amelyek megváltoztatják az ellenállásukat az általuk alkalmazott feszültséggel, általában az áramkörök védelmére használják a nagyfeszültségű tüskék ellen.