Elektrisch element

Elektroelementen conceptuele abstracties die geïdealiseerd elektrische componenten, zoals weerstanden, condensatoren en spoelen, gebruikt bij de analyse van elektrische netwerken. Elektrische netwerk kan worden geanalyseerd als meerdere, onderling verbonden elektrische elementen in een schema of schakelschema, elk is waarvan de spanning in het netwerk of stroom door het netwerk. Deze ideale elektrische elementen vertegenwoordigen echte, fysieke elektrische of elektronische componenten, maar ze fysiek bestaan ​​niet en ze worden verondersteld om de ideale eigenschappen volgens een hoop gegooid element model, terwijl de componenten zijn objecten met minder dan ideale eigenschappen, een zekere mate van onzekerheid in hun waarden en een zekere mate van niet-lineariteit, die elk een combinatie van meerdere elektrische elementen vereist teneinde zijn functie benaderen.

Circuitanalyse gebruikmakend van elektrische elementen is nuttig voor het begrijpen veel praktische elektrische netwerken gebruiken componenten. Door het analyseren van de manier waarop een netwerk wordt beïnvloed door de individuele elementen is het mogelijk om te schatten hoe een echt netwerk zal gedragen.

One-poort elementen

Slechts negen soorten element, vijf passieve en vier actieve, zijn verplicht om de elektrische onderdelen of circuit modelleren. Elk element wordt gedefinieerd door een relatie tussen de toestandsvariabelen van het netwerk: stroom; voltage ,, lading; en magnetische flux ,.

  • Twee bronnen:
    • Stroombron, gemeten in ampères - produceert een stroom in een geleider. Beïnvloedt lading volgens de relatie.
    • Spanningsbron, gemeten in volt - geeft een potentiaalverschil tussen twee punten. Invloed magnetische flux volgens de relatie.
  • Drie passieve elementen:
    • Weerstand, gemeten in ohm - een spanning evenredig met de stroom die door het element. Betreft spanning en stroom op basis van de relatie.
    • Capaciteit, gemeten in farad - produceert een stroom evenredig met de mate van verandering van de spanning over het element. Betrekking lading en spanning op basis van de relatie.
    • Inductie gemeten in Henries - produceert magnetische flux evenredig met de mate van verandering van stroom door het element. Betreft flux en stroom naar de relatie.
  • Vier abstracte actieve elementen:
    • Spanningsgestuurde spanningsbron Genereert een spanning gebaseerd op een spanning ten opzichte van een gespecificeerde gain ..
    • Spanningsgestuurde stroombron Genereert een stroom op basis van een spanning elders in de schakeling, ten opzichte van een gespecificeerde versterking, gebruikt om in veldeffecttransistoren en vacuümbuizen. De versterking wordt gekenmerkt door een overgang conductantie welke eenheden Siemens zal hebben.
    • Stroomgestuurde spanningsbron Genereert een spanning op basis van een ingangsstroom elders in de schakeling ten opzichte van een gespecificeerde versterking .. De versterking wordt gekenmerkt door een overgang impedantie welke eenheden ohm hebben.
    • Current-gecontroleerde stroombron Genereert een stroom op basis van een input stroom en een opgegeven winst. Gebruikt voor het modelleren bipolaire transistoren ..

Niet-lineaire elementen

In werkelijkheid, alle schakelingscomponenten niet-lineair en kan alleen worden gebracht met lineair over een bepaald bereik. Om meer precies passieve elementen beschrijven, hun constitutieve relatie gebruikt in plaats van eenvoudige proportionaliteit. Van twee van de schakeling variabelen zijn zes constitutieve relaties die kunnen worden gevormd. Hieruit wordt verondersteld dat er een theoretisch vierde passieve element aangezien er slechts vijf elementen in totaal in lineaire netwerkanalyse. Dit aanvullend element wordt genoemd memristor. Het heeft slechts enige betekenis als tijdsafhankelijke niet-lineair element; als een tijdonafhankelijk lineair element vermindert een normale weerstand. De constitutieve relaties van de passieve elementen worden gegeven door;

  • Resistance: constitutieve relatie gedefinieerd als.
  • Capaciteit: constitutieve relatie gedefinieerd als.
  • Inductie: constitutieve relatie gedefinieerd als.
  • Memristance: constitutieve relatie gedefinieerd als.

In sommige speciale gevallen vereenvoudigt de constitutieve verband met een functie van een variabele. Dit geldt voor alle lineaire elementen, maar ook bijvoorbeeld een ideale diode, die netwerktheorie termen is een niet-lineaire weerstand, een constitutieve verhouding van het formulier. Beide onafhankelijke voltage en onafhankelijke stroombronnen kunnen worden beschouwd als niet-lineaire weerstanden onder deze definitie.

De vierde passieve element, de memristor, werd door Leon Chua voorgesteld in 1971 een papier, maar een fysieke component demonstreren memristance werd niet gemaakt tot zevenendertig jaar later. Het werd gemeld op 30 april 2008, dat een werkende memristor was ontwikkeld door een team van HP Labs onder leiding van wetenschapper R. Stanley Williams. Met de komst van de memristor, kan elke paring van de vier variabelen nu verwant. Omdat memristors zijn tijd-variant per definitie, zijn ze niet opgenomen in lineaire tijd-invariante circuit modellen.

Er zijn ook twee speciale niet-lineaire elementen die soms worden gebruikt in de analyse, maar die niet het ideale tegenhanger van elke reële component:

  • Nullator: gedefinieerd als
  • Norator: gedefinieerd als een element dat geen beperkingen op spanning en stroom dan ook plaatst.

Deze worden soms gebruikt in modellen van componenten met meer dan twee terminals: transistors bijvoorbeeld.

Twee poorten elementen

Al de bovenstaande tweepolige of een poort-elementen met uitzondering van de afhankelijke bronnen. Er zijn twee lossless, passief, lineaire twee-poort elementen die normaal worden ingevoerd in het netwerk analyse. Hun constitutieve relaties in matrixnotatie zijn;

De transformator brengt een spanning aan een poort van een spanning op de andere in een verhouding van n. De stroom tussen dezelfde twee poort toegewezen door 1 / n. De gyrator, daarentegen, brengt een spanning aan een poort van een stroom bij de andere. Evenzo worden stromen toegewezen aan spanningen. De hoeveelheid R in de matrix is ​​in eenheden van resistentie. De gyrator is een noodzakelijk element in de analyse omdat het niet wederkerig. Netwerken opgebouwd uit de basis lineaire enige elementen verplicht wederkerig en dus kan niet worden gebruikt op zichzelf een niet-wederkerige systeem zijn. Het is echter essentieel om zowel de transformator en gyrator hebben. Twee gyratoren in cascade komen overeen met een transformator maar de transformator gewoonlijk bewaard voor het gemak. Introductie van de gyrator maakt hetzij capacitantie of inductantie niet-essentieel omdat een gyrator eindigt met een van deze in de haven 2 equivalent aan de andere in de haven 1. Echter, transformator, capaciteit en inductie zal worden gewoonlijk vastgehouden in analyse omdat zij de ideale eigenschappen van de fysische componenten transformator, spoel en condensator, terwijl een praktische gyrator moet worden gebouwd als een actief circuit.

Voorbeelden

De volgende zijn voorbeelden van de vertegenwoordiging van componenten door middel van elektrische elementen.

  • Op een eerste graad van benadering, is een batterij weergegeven door een spanningsbron. Een verfijnder model ook een weerstand in serie met de spanningsbron, de interne weerstand van de batterij representeren. Een stroombron parallel worden toegevoegd aan de lekkage te vertegenwoordigen.
  • Op een eerste mate onderling, wordt een weerstand weergegeven door een weerstand. Een verfijnder model omvat ook een serie-inductantie, de gevolgen van de leidinductantie vertegenwoordigen. Een capaciteit parallel worden toegevoegd aan de capacitieve effect van de nabijheid van de weerstand vertegenwoordigen leidt tot elkaar. Een draad kan worden voorgesteld als een lage waarde weerstand
  • Huidige bronnen worden vaker gebruikt bij het vertegenwoordigen halfgeleiders. Bijvoorbeeld, een eerste mate onderling, een bipolaire transistor kan worden voorgesteld door een variabele stroombron die wordt bestuurd door de ingangsstroom.
(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha