 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( март 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Статьи о |
| Электромагнетизм |
|---|
 |
Электрическая сеть представляет собой взаимосвязь электрических компонентов (например, батареи , резисторы , катушки индуктивности , конденсаторы , переключатели , транзисторы ) или модель такого соединения, состоящие из электрических элементов (например, источников напряжения , источники тока , сопротивлений , индуктивностей , емкостями ). Электрическая цепь представляет собой сеть , состоящая из замкнутого контура, что дает обратный путь для тока. Линейныйэлектрические сети, особый тип, состоящий только из источников (напряжения или тока), линейных сосредоточенных элементов (резисторов, конденсаторов, индукторов) и линейно распределенных элементов (линий передачи), обладают тем свойством, что сигналы линейно накладываются друг на друга . Таким образом , они более легко проанализировать, используя мощные частотную область методов , такие как преобразования Лапласа , чтобы определить реакцию DC , ответ переменного тока и переходную характеристику .
Резистивная цепь представляет собой схему , содержащую только резисторы и идеальные источники тока и напряжения. Анализ резистивных цепей менее сложен, чем анализ цепей, содержащих конденсаторы и катушки индуктивности. Если источники являются постоянными ( DC ) источниками, результатом будет цепь постоянного тока . Эффективное сопротивление и характеристики распределения тока в произвольных сетях резисторов могут быть смоделированы в терминах их графических измерений и геометрических свойств. [1]
Сеть, содержащая активные электронные компоненты, называется электронной схемой . Такие сети обычно нелинейны и требуют более сложных инструментов проектирования и анализа.
Классификация [ править ]
По пассивности [ править ]
Активная сеть содержит по крайней мере один источник напряжения или тока, который может поставлять энергию в сеть на неопределенный срок. Пассивная сеть не содержит активный источник.
Активная сеть содержит один или несколько источников электродвижущей силы . Практические примеры таких источников включают аккумулятор или генератор . Активные элементы могут подавать мощность в схему, обеспечивать усиление мощности и управлять током внутри схемы.
Пассивные сети не содержат источников электродвижущей силы. Они состоят из пассивных элементов, таких как резисторы и конденсаторы.
По линейности [ править ]
Сеть является линейной, если ее сигналы подчиняются принципу суперпозиции ; в противном случае он нелинейный. Пассивные сети обычно считаются линейными, но есть исключения. Например, катушка индуктивности с железным сердечником может быть доведена до насыщения при достаточно большом токе. В этой области поведение индуктора очень нелинейно.
По куску [ править ]
Дискретные пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности) называются сосредоточенными элементами, потому что предполагается, что все их, соответственно, сопротивление, емкость и индуктивность расположены («сосредоточены») в одном месте. Эта философия проектирования называется моделью с сосредоточенными элементами, а сети, спроектированные таким образом, называются схемами с сосредоточенными элементами . Это традиционный подход к проектированию схем. На достаточно высоких частотах сосредоточенное предположение больше не выполняется, потому что существует значительная часть длины волны в размерах компонентов. Для таких случаев необходима новая модель проектирования, называемая моделью распределенных элементов . Сети, разработанные для этой модели, называются схемами с распределенными элементами..
Схема с распределенными элементами, которая включает в себя несколько сосредоточенных компонентов, называется схемой с сосредоточенными параметрами . Примером схемы с сосредоточенными параметрами является гребенчатый фильтр .
Классификация источников [ править ]
Источники можно разделить на независимые и зависимые источники.
Независимый [ править ]
Идеальный независимый источник поддерживает одинаковое напряжение или ток независимо от других элементов, присутствующих в цепи. Его значение либо постоянное (DC), либо синусоидальное (AC). Сила напряжения или тока не изменяется никакими изменениями в подключенной сети.
Зависимые [ править ]
Зависимые источники зависят от конкретного элемента схемы для подачи мощности, напряжения или тока в зависимости от типа источника.
Электрические законы [ править ]
Ко всем электрическим сетям применяется ряд законов об электричестве. Они включают:
- Текущий закон Кирхгофа : сумма всех токов, входящих в узел, равна сумме всех токов, выходящих из узла.
- Закон Кирхгофа по напряжению : направленная сумма разностей электрических потенциалов вокруг контура должна быть равна нулю.
- Закон Ома : напряжение на резисторе равно произведению сопротивления и тока, протекающего через него.
- Теорема Нортона : любая сеть источников напряжения или тока и резисторов электрически эквивалентна идеальному источнику тока, подключенному параллельно с одним резистором.
- Теорема Тевенина : любая сеть источников напряжения или тока и резисторов электрически эквивалентна одному источнику напряжения, соединенному последовательно с одним резистором.
- Теорема суперпозиции : в линейной сети с несколькими независимыми источниками отклик в определенной ветви, когда все источники действуют одновременно, равен линейной сумме индивидуальных откликов, рассчитанных путем одновременного использования одного независимого источника.
Могут потребоваться другие более сложные законы, если сеть содержит нелинейные или реактивные компоненты. Нелинейные самовосстанавливающиеся системы гетеродинирования могут быть аппроксимированы. Применение этих законов приводит к набору одновременных уравнений, которые можно решить либо алгебраически, либо численно.
Методы проектирования [ править ]
| Линейный сетевой анализ | |
|---|---|
| Элементы | |
| Составные части | |
| Последовательные и параллельные схемы | |
| Преобразование импеданса | |
| Генераторные теоремы | Сетевые теоремы |
| Методы сетевого анализа | |
| Двухпортовые параметры | |
Чтобы спроектировать любую электрическую схему, аналоговую или цифровую , инженеры-электрики должны уметь прогнозировать напряжения и токи во всех местах в цепи. Простые линейные схемы можно анализировать вручную с помощью теории комплексных чисел . В более сложных случаях схема может быть проанализирована с помощью специализированных компьютерных программ или методов оценки, таких как кусочно-линейная модель.
Программное обеспечение для моделирования схем , такое как HSPICE (симулятор аналоговых схем) [2], и языки, такие как VHDL-AMS и verilog-AMS, позволяют инженерам проектировать схемы без затрат времени, средств и риска ошибок, связанных с построением прототипов схем.
Программное обеспечение сетевого моделирования [ править ]
Более сложные схемы можно анализировать численно с помощью программного обеспечения, такого как SPICE или GNUCAP , или символически с помощью программного обеспечения, такого как SapWin .
Линеаризация вокруг рабочей точки [ править ]
Столкнувшись с новой схемой, программное обеспечение сначала пытается найти решение для устойчивого состояния , то есть такое, в котором все узлы соответствуют закону тока Кирхгофа, а напряжения на каждом элементе схемы и через каждый элемент схемы соответствуют уравнениям напряжения / тока, регулирующим это элемент.
Как только решение установившегося состояния найдено, становятся известны рабочие точки каждого элемента в цепи. Для анализа слабого сигнала каждый нелинейный элемент может быть линеаризован вокруг его рабочей точки, чтобы получить оценку напряжений и токов для слабого сигнала. Это применение закона Ома. Полученная матрица линейных цепей может быть решена методом исключения Гаусса .
Кусочно-линейная аппроксимация [ править ]
Программное обеспечение, такое как интерфейс PLECS для Simulink, использует кусочно-линейную аппроксимацию уравнений, управляющих элементами схемы. Схема рассматривается как полностью линейная сеть идеальных диодов . Каждый раз, когда диод переключается с включения на выключение или наоборот, конфигурация линейной сети изменяется. Добавление дополнительных деталей к аппроксимации уравнений увеличивает точность моделирования, но также увеличивает время его выполнения.
См. Также [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме электрических цепей . |
 | Найдите электрическую схему в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Цифровая схема
- Земля (электричество)
- Импеданс
- Нагрузка
- Мемристор
- Холостое напряжение
- Короткое замыкание
- Падение напряжения
Представление [ править ]
- Принципиальная электрическая схема
- Схема
- Netlist
Методологии проектирования и анализа [ править ]
- Сетевой анализ (электрические схемы)
- Математические методы в электронике
- Теорема суперпозиции
- Топология (электроника)
- Анализ сетки
- Фильтр прототипа
Измерение [ править ]
- Сетевой анализатор (электрический)
- Сетевой анализатор (питание переменного тока)
- Проверка целостности
Аналогии [ править ]
- Гидравлическая аналогия
- Механико-электрические аналогии
- Аналогия импеданса (аналогия Максвелла)
- Аналогия мобильности (аналогия Файерстоуна)
- Сквозная аналогия (аналогия Трента)
Конкретные топологии [ править ]
- Мостовая схема
- LC-цепь
- RC схема
- Цепь RL
- Схема RLC
- Потенциальный делитель
- Последовательные и параллельные схемы
Ссылки [ править ]
- ^ Кумар, Анкуш; Видхьядхираджа, Н.С. Кулькарни, Г.У. (2017). «Распределение тока в проводящих сетях на основе нанопроволоки». Журнал прикладной физики . 122 (4): 045101. Bibcode : 2017JAP ... 122d5101K . DOI : 10.1063 / 1.4985792 .
- ^ "HSPICE" (PDF) . HSpice . Стэнфордский университет, факультет электротехники. 1999 г.
