Кіріспе
Электрлік схемалардың біркелкі емес токтар, кернеулер және т.б. болатын модельдерін қарастырады. Электртехникада электрлік схемалардың үлестірілген элементтер моделі немесе беріліс желісі моделі схеманың қасиеттерінің (қарсылық, сыйымдылық және индуктивтілік) схема материалының бойымен үздіксіз таралуын қабылдайды. Бұл, электрлік компоненттерге толық өткізгіш сымдармен қосылған, осы мәндердің бір жерде шоғырланған элементтер моделінен өзгеше. Үлестірілген элементтер моделінде әрбір схема элементі шексіз кішкентай, ал элементтерді қосатын сымдар идеалды өткізгіштер деп есептелмейді; яғни, олардың кедергісі бар. Бір жерде шоғырланған элементтер моделінен айырмашылығы, бұл модель әр тармақтағы ток пен әр сымдағы кернеудің біркелкі еместігін қабылдайды. Үлестірілген модель толқын ұзындығы схеманың физикалық өлшемдерімен салыстырылатын жағдайларда қолданылады, бұл бір жерде шоғырланған модельдің дұрыс еместігіне әкеледі. Мұндай жағдай жоғары жиіліктерде, толқын ұзындығы өте қысқа болғанда, немесе төмен жиіліктегі, бірақ өте ұзын беріліс желілерінде, мысалы, ауа желілерінде кездеседі.
In electrical engineering, the distributed element model or transmission line model of electrical circuits assumes that the attributes of the circuit (resistance, capacitance, and inductance) are distributed continuously throughout the material of the circuit. This is in contrast to the more common lumped element model, which assumes that these values are lumped into electrical components that are joined by perfectly conducting wires. In the distributed element model, each circuit element is infinitesimally small, and the wires connecting elements are not assumed to be perfect conductors; that is, they have impedance. Unlike the lumped element model, it assumes nonuniform current along each branch and nonuniform voltage along each wire. The distributed model is used where the wavelength becomes comparable to the physical dimensions of the circuit, making the lumped model inaccurate. This occurs at high frequencies, where the wavelength is very short, or on low frequency, but very long, transmission lines such as overhead power lines.
Қолданбалар
Таратылған элемент моделі бірлік элемент моделіне қарағанда дәл, бірақ күрделірек. Инфинитезимальдарды қолдану көбінесе есептеулерді қажет етеді, ал бірлік элемент моделімен талданатын тізбектерді сызықтық алгебра арқылы шешуге болады. Сондықтан таратылған модель әдетте қажет болған жағдайда ғана қолданылады. Бұл нүктенің орналасуы нақты қолданбадағы қажетті дәлдікке байланысты, бірақ негізінен, сигналдардың толқын ұзындығы компоненттердің физикалық өлшемдерімен шамалас болатын тізбектерде қолдану керек. Инженерлік тәжірибеде жиі айтылатын ереже (көптеген ерекшеліктері бар, сондықтан оны әдепкі бойынша қабылдамау керек) – толқын ұзындығының оннан бір бөлігінен үлкен бөліктерді әдетте таратылған элементтер ретінде талдау қажет.
Тасымалдау желілері
Тарату желілері таратылған модельді пайдаланудың кең таралған мысалы болып табылады. Оның қолданылу себебі – желінің ұзындығы әдетте тізбектің жұмыс жиілігінің бірнеше толқын ұзындығына тең болады. Тіпті қуат беру желілерінде қолданылатын төмен жиіліктер үшін де, толқын ұзындығының оннан бір бөлігі 60 Гц жиілігінде шамамен 500 километрге жетеді. Тарату желілері әдетте 1-суретте көрсетілгендей негізгі желі параметрлері арқылы бейнеленеді. Осы модель бойынша тізбектің мінез-құлқы екіншілік желі параметрлерімен сипатталады, олар негізгі параметрлерден есептеледі. Негізгі желі параметрлері әдетте желі бойымен өзгермейтін тұрақты шамалар ретінде қарастырылады, бұл талдауды және модельдеуді жеңілдетеді. Дегенмен, бұл әрқашан солай бола бермейді, желі бойындағы физикалық өлшемдердің өзгеруі негізгі параметрлердің өзгеруіне әкеледі, яғни оларды енді қашықтық функциясы ретінде сипаттау қажет. Көбінесе мұндай жағдай өндірістік қателер сияқты идеалды жағдайдан ауытқуды білдіреді, бірақ компоненттің жұмыс принципінің бір бөлігі ретінде мұндай бойлық өзгерістер әдейі енгізілетін компоненттер де бар. Мүйіз антенна осыған жақсы мысал. Желіде шағылыстар болған жағдайда, тіпті қысқа желі участалары да жиналған элементтер моделімен болжалмаған әсерлерді көрсете алады. Мысалы, толқын ұзындығының ширегіне тең желі, қосылған кедергіні оның дуалды шамасына айналдырады. Бұл кедергінің мәні мүлдем басқаша болуы мүмкін.
Жоғары жиілікті транзисторлар
Таратылған элементтерді пайдаланудың тағы бір мысалы – биполярлы тоқтайтын транзистордың жоғары жиіліктегі базалық аймағын модельдеу. Базалық аймақты қарапайым жиынтық элемент ретінде қарастырғанда, базалық аймақтан өтетін заряд тасымалдаушыларды талдау дәл болмайды. Көбірек нәтиже беретін модель – базалық материалдың таратылған кедергісі мен негіздің таратылған сыйымдылығын қамтитын жеңілдетілген беріліс желісі моделі. Бұл модель 2-суретте көрсетілген.
Резистивтілік өлшеулері
Көп жағдайда, беткі қабатқа электродтар тізбегін орналастыру арқылы көлемді материалдың кедергісін өлшеу қажеттігі туындайды. Бұл техниканы пайдаланатын салалардың қатарында геофизика (өйткені бұл субстратты қазу қажеттілігінен құтылуға мүмкіндік береді) және жартылай өткізгіштер индустриясы (ұқсас себеппен, бұл инвазивті емес, кремний пластиналарын сынау үшін) бар. Негізгі схема 3-суретте көрсетілген, бірақ әдетте көбірек электродтар қолданылады. Кернеу мен ток өлшемдерінің, бір жағынан, материалдың кедергісімен, екінші жағынан, арасындағы байланысты орнату үшін материалды шексіз кішкентай кедергі элементтерінің тізбегі ретінде қарастырып, үлестірілген элементтер моделін қолдану қажет. Тарату желісі мысалынан ерекшелігі, үлестірілген элементтер моделін қолдану қажеттілігі орнатудың геометриясынан туындайды, ал толқын таралу ескеріледі. Мұнда қолданылатын модель нағыз үш өлшемді болуы керек (тарату желісінің модельдері әдетте бір өлшемді сызықтың элементтері арқылы сипатталады). Элементтердің кедергілері координаталардың функциясы болуы да мүмкін, шындығында, геофизикалық қолданыста, өзгерген кедергі аймақтарын анықтау мақсатында болуы мүмкін.
Индуктор орамдары
Индуктордың орамдары – қарапайым бір өлшемді модель жеткіліксіз болатын тағы бір мысал. Сым орамдарындағы көршілес бұрылыстар арасында сыйымдылық болады (сондай-ақ, одан алыс бұрылыстар арасында да, бірақ әсері біртіндеп төмендейді). Бір қабатты соленоид үшін таратылған сыйымдылық көбінесе T1 және T2 бұрылыстары арасында орналасады, бірақ көп қабатты орамдар мен дәлірек модельдер үшін басқа бұрылыстарға таратылған сыйымдылықты да ескеру қажет. Бұл модельді қарапайым есептеулерде қолдану қиын, сондықтан көбінесе одан бас тартады. Көбінесе қолданылатын тәсіл – таратылған сыйымдылықтың бәрін катушканың индуктивтілігі мен кедергісіне параллель жалғанған бір элементке біріктіру. Бұл жиынтық модель төмен жиіліктерде жақсы жұмыс істейді, бірақ жоғары жиіліктерде бұзылады. Мұндай жағдайда, индуктордың жалпы Q көрсеткішін нақты эквиваленттік схемамен байланыстырмай, өлшеу (немесе анықтау) әдетке айналған.