Идеализированные элементы в анализе электрических цепей
Electrical element
Идеализированные элементы в электротехнике: резисторы, конденсаторы, индуктивности. Анализ электрических цепей, модели схем и распределенные параметры.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Идеализированные версии реальных электронных компонентов, используемых в анализе электрических цепей.
Idealized versions of real electronic components used in circuit analysis
В электротехнике электрические элементы — это концептуальные абстракции, представляющие идеализированные электрические компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и индуктивности, используемые при анализе электрических сетей. Любую электрическую сеть можно анализировать как совокупность электрических элементов, соединенных проводами. Если элементы приблизительно соответствуют реальным компонентам, представление может быть выполнено в виде принципиальной или электрической схемы. Это называется моделью цепи с сосредоточенными параметрами. В других случаях для моделирования сети используются бесконечно малые элементы в модели с распределенными параметрами. Эти идеальные электрические элементы представляют собой реальные физические электрические или электронные компоненты, однако они не существуют физически и предполагаются обладающими идеальными свойствами. В отличие от них, реальные электрические компоненты имеют отклонения от идеальных свойств, некоторую неопределенность в значениях и определенную степень нелинейности. Для моделирования неидеального поведения реального компонента электрической цепи может потребоваться комбинация нескольких идеальных электрических элементов для аппроксимации его функции. Например, элемент индуктивности предполагается обладающим только индуктивностью, но не сопротивлением или емкостью, в то время как реальная индуктивность, представляющая собой катушку из проволоки, имеет некоторое сопротивление в дополнение к индуктивности. Это можно смоделировать идеальным элементом индуктивности, последовательно соединенным с сопротивлением. Анализ цепей с использованием электрических элементов полезен для понимания практических электрических сетей. Анализ влияния отдельных элементов на сеть позволяет оценить поведение реальной сети.
In electrical engineering, electrical elements are conceptual abstractions representing idealized electrical components, such as resistors, capacitors, and inductors, used in the analysis of electrical networks. All electrical networks can be analyzed as multiple electrical elements interconnected by wires. Where the elements roughly correspond to real components, the representation can be in the form of a schematic diagram or circuit diagram. This is called a lumped element circuit model. In other cases, infinitesimal elements are used to model the network in a distributed element model. These ideal electrical elements represent actual, physical electrical or electronic components. Still, they do not exist physically and are assumed to have ideal properties. In contrast, actual electrical components have less than ideal properties, a degree of uncertainty in their values, and some degree of nonlinearity. To model the nonideal behavior of a real circuit component may require a combination of multiple ideal electrical elements to approximate its function. For example, an inductor circuit element is assumed to have inductance but no resistance or capacitance, while a real inductor, a coil of wire, has some resistance in addition to its inductance. This may be modeled by an ideal inductance element in series with a resistance. Circuit analysis using electric elements is useful for understanding practical networks of electrical components. Analyzing how a network is affected by its individual elements makes it possible to estimate how a real network will behave.
Примеры
Ниже приведены примеры представления компонентов с помощью электрических элементов. На первом приближении батарея представляется источником напряжения. Более точная модель также включает сопротивление, последовательно соединенное с источником напряжения, для представления внутреннего сопротивления батареи (что вызывает нагрев батареи и падение напряжения при использовании). Для представления утечки (которая приводит к разряду батареи в течение длительного времени) может быть добавлен параллельный источник тока. На первом приближении резистор представляется сопротивлением. Более точная модель также включает последовательную индуктивность для представления эффектов индуктивности выводов (резисторы, выполненные в виде спирали, имеют более значительную индуктивность). Для представления емкостного эффекта близости выводов резистора друг к другу может быть добавлена параллельная емкость. Проводник можно представить как резистор с малым сопротивлением. Источники тока часто используются при моделировании полупроводников. Например, на первом приближении биполярный транзистор можно представить как управляемый входным током источник тока.
The following are examples of representations of components by way of electrical elements. On a first degree of approximation, a battery is represented by a voltage source. A more refined model also includes a resistance in series with the voltage source to represent the battery's internal resistance (which results in the battery heating and the voltage dropping when in use). A current source in parallel may be added to represent its leakage (which discharges the battery over a long period). On a first degree of approximation, a resistor is represented by a resistance. A more refined model also includes a series inductance to represent the effects of its lead inductance (resistors constructed as a spiral have more significant inductance). A capacitance in parallel may be added to represent the capacitive effect of the proximity of the resistor leads to each other. A wire can be represented as a low value resistor. Current sources are often used when representing semiconductors. For example, on a first degree of approximation, a bipolar transistor may be represented by a variable current source controlled by the input current.