Analiza obwodu: 5 pełnych szybkich faktów

Źródło zdjęcia na okładce - Santeri Viinamäki, Wyłączniki MCB na szynę DIN, CC BY-SA 4.0

Punkty dyskusji: Analiza obwodu

• Wprowadzenie do analizy obwodów
• Idealne elementy obwodu
• Realistyczne elementy obwodu
• Idealne źródła energii
• Źródła energii w świecie rzeczywistym
• Ważne terminologie związane z analizą obwodów

Wprowadzenie do analizy obwodów

Analiza obwodów jest jednym z podstawowych i niezbędnych modułów inżynierii elektrycznej i elektronicznej. Zanim zbadamy koncepcje i teorie analizy obwodów, powiedz nam, czym jest obwód.

Obwód można zdefiniować jako zamkniętą lub otwartą pętlę, która składa się z elementów elektrycznych i elektronicznych oraz posiada wzajemne połączenia między nimi. Analiza obwodu to metoda określania niezbędnej wartości prądu lub napięcia w dowolnym punkcie obwodu poprzez badanie i analizę obwodu. Istnieje wiele różnych metod analizy obwodów i stosowanych w odpowiednich warunkach.

Co to jest obwód prądu stałego? Dowiedz się o KCL i KVL! Kliknij tutaj!

Idealne elementy obwodu

Idealny obwód można zdefiniować jako obwód bez żadnych strat, stąd pojawienie się 100% mocy wejściowej po stronie wyjściowej. Idealny obwód składa się z trzech idealnych elementów. Są to - rezystancje, kondensator, cewka indukcyjna.

• Resistance: Rezystory to pasywne elementy elektryczne stosowane do przeciwdziałania przepływowi elektronów w obwodzie. ten napięcie na rezystorze wyraża się w słynnym prawie, zwanym prawem Ohma. Twierdzi, że „Napięcia są wprost proporcjonalne do prądów”. Jeśli V i I odpowiednio oznaczają wartość napięcia i prądu, to

V ∝ I

Lub V = IR

Tutaj R reprezentuje odporność lub wartość rezystora. Jednostką jest om (Ω).  Poniższy obraz

reprezentuje rezystor -

Poniższe wyrażenie matematyczne podaje moc przechowywaną przez rezystor.

P = VI

Lub P = (IR) I.

Albo P = I²R

Lub P = V² / R

• Kondensator: Typowy kondensator to pasywny sprzęt elektryczny, który przechowuje energię elektryczną w polu elektrycznym. Jest to urządzenie z dwoma terminalami. Pojemność jest znana jako efekt kondensatora. Pojemność ma jednostkę – Farad(F). ten kondensator jest reprezentowany w obwodzie przez następujący obraz.

Związek między ładunkami a pojemnością podaje P = CV, gdzie C to wartość pojemności, Q to ładunek, V to przyłożone napięcie.

Bieżącą zależność można wyprowadzić z powyższego równania. Rozróżnijmy obie strony ze względu na czas.

dQ / dt = C dV / dt; C jest wartością stałą

Lub I = C dV / dt; jako I = dQ / dt.

Moc zmagazynowaną w kondensatorze można opisać jako

P = VI

Lub P = VC dV / dt

Teraz energia jest podana jako U = ∫ p dt

Lub U = ∫ VC (dV / dt) dt

Lub U = C ∫ V dV

Jeśli przyjmiemy, że kondensator został rozładowany na początku obwodu, to moc jest równa U = ½ CV².

• Induktor: Induktor to kolejne pasywne urządzenie obecne w idealnym obwodzie. Utrzymuje energie w polu magnetycznym. Jednostkę indukcyjności podaje Henry (H). Zależność między napięciem a indukcyjnością jest podana poniżej.

V = L dI / dt

Zarezerwowane energie są zwracane z powrotem do obwodu w aktualnej postaci. Poniższy obraz przedstawia cewkę indukcyjną w obwodzie.

Moc induktora jest podana jako P = VI.

Lub P = I * L (dI / dt)

Ponownie energia U = ∫ p dt

Lub U = ∫ I * L (dI / dt) dt

Albo U = L ∫ I dI

Energia ma postać U = ½ LI².

Dowiedz się o różnych typach obwodów prądu przemiennego! Kliknij tutaj!

Realistyczne elementy obwodu

Idealne komponenty obwodu są dla idealnych obwodów. Nie mają zastosowania w rzeczywistych obwodach. Jednak główne cechy pozostają takie same dla elementów. Elementy tracą na wartości, mają pewne wartości tolerancji i pewne abstrakcje podczas ich używania.

Zasady działania i równania zmieniają się w rzeczywistych domenach. Podczas operacji dodawane są również inne czynniki. Na przykład kondensatory działają inaczej w domenach o wysokiej częstotliwości; rezystory generują pole magnetyczne podczas operacji.

• Rezystory: Rezystory w świecie rzeczywistym powinny być zgodne z prawem Ohma tak ściśle, jak to tylko możliwe. Opór oferowany przez rezystor zależy od materiału i kształtu rezystora.

Prawdziwy rezystor może zostać zniszczony lub spalony z powodu wytwarzanego przez siebie ciepła. Dla każdego rezystora podano określony poziom tolerancji za pomocą kodów kolorów.

• Kondensatory: Realistyczne kondensatory powinny być zgodne z równaniem kondensatora tak blisko, jak to możliwe. Do zbudowania kondensatora potrzebne są dwie powierzchnie przewodzące. Są one umieszczone razem, a pomiędzy nimi wypełnione jest powietrzem lub dowolnym materiałem. Wartość kondensatora zależy od powierzchni przewodnika i odległości między nimi oraz od przenikalności elektrycznej materiału wewnętrznego. Na rynku dostępnych jest wiele kategorii kondensatorów. Niektórzy z nich są - Kondensatory elektrolityczne, Kondensatory tantalowe, itd.

Kondensatory są połączone przewodem na swoich zaciskach. To powoduje opór i niewielką impedancję. Wzrost napięcia na kondensatorach powoduje czasami uszkodzenie materiałów izolacyjnych między płytami.

• Cewki: Realistyczne lub rzeczywiste cewki indukcyjne powinny być zgodne z równaniem induktora tak blisko, jak to możliwe. Cewki indukcyjne są dławikami cewek. Indukują pola magnetyczne do magazynowania energii elektrycznej.

Cewki indukcyjne są wykonane z drutów uzwojenia w strukturze podobnej do cewki: im więcej uzwojenia, tym silniejsze pole magnetyczne. Umieszczenie materiału magnetycznego wewnątrz cewki zwiększyłoby efekt magnetyczny. Teraz, gdy te druty są nawijane wokół materiału, powoduje to powstawanie oporu. Ponadto musi być wystarczająco duży, aby zgromadzić pole magnetyczne. To czasami powoduje problemy.

Idealne źródła energii

Idealny obwód wymaga idealnego źródła energii. Istnieją dwa rodzaje idealnych źródeł energii. Są - idealnym źródłem napięcia i idealnym źródłem prądu.

Idealne źródło napięcia: Idealne źródła napięcia dostarczają stałą ilość napięcia w każdej chwili. Napięcie jest stałe w całym źródle. W rzeczywistości nie ma idealnego źródła dla obwodów. Jest to założenie mające na celu uproszczenie analizy obwodu. Poniższy obraz przedstawia idealne źródło napięcia.

Idealne źródło prądu: Idealne źródła prądu dostarczają prąd niezależny od zmian napięcia w obwodzie. Idealne źródło prądu to przybliżenie, które nie ma miejsca w rzeczywistości, ale można je osiągnąć. Poniższy rysunek przedstawia idealne źródło prądu w obwodzie.

Rzeczywiste źródła energii dla obwodów

Prawdziwe obwody elektryczne lub elektroniczne potrzebują naturalnych źródeł energii. Istnieją pewne różnice między idealnymi a rzeczywistymi źródłami energii, chociaż główna zasada dostarczania energii do obwodu pozostaje taka sama. Istnieją różne rodzaje źródeł energii w świecie rzeczywistym. Niektóre są nawet zależne od innych źródeł. Podobnie jak - źródło prądu sterowane napięciem, źródło prądu sterowane prądem itp. Omówimy je pokrótce w tym artykule na temat analizy obwodu.

• Źródła napięcia: Rzeczywiste źródła napięcia mają wewnętrzną rezystancję, którą uważa się za szeregową ze źródłem napięcia. Bez względu na to, jak znikoma jest rezystancja, wpływa ona na charakterystykę VI obwodu. Źródło napięcia może być dwojakiego rodzaju -

1. Niezależne źródło napięcia
2. Zależne źródło napięcia

• Źródło napięcia sterowanego napięciem
• Obecne kontrolowane źródło napięcia.

• Źródło napięcia sterowanego napięciem: Jeśli jakiekolwiek inne źródło napięcia jest kontrolowane przez jakiekolwiek źródło napięcia, jest to znane jako źródło napięcia sterowane napięciem. V0 = AVc daje napięcie wyjściowe; Tutaj A oznacza wzmocnienie, a Vc to napięcie sterujące.
• Aktualne kontrolowane źródło napięcia: Jeśli jakiekolwiek inne źródło napięcia jest sterowane przez inne źródło prądu w obwodzie, jest znane jako źródło prądu sterowane prądem. V0 = AIc daje wyjście; Tutaj A reprezentuje wzmocnienie, a Ic kontroluje prąd.

• Aktualne źródła: Prawdziwe źródła prądu mają wewnętrzny opór. Opór może być pomijalny, ale ma wpływ na cały obwód. Bieżące źródło może być dwojakiego rodzaju.

1. Zależne źródło
2. Niezależne źródło

Niezależne źródło: Te źródła prądu nie są zależne od żadnych innych źródeł energii obwodu. Zapewnia mały opór, który zmienia charakterystykę VI.

Zależne bieżące źródła: Te źródła prądu są zależne od wszelkich innych źródeł energii obecnych w obwodach. Można je podzielić na dwie kategorie

• Bieżące kontrolowane źródło prądu
• Źródło prądu sterowane napięciem.

• Bieżące kontrolowane źródło prądu: Jeśli jakiekolwiek inne źródło prądowe kontroluje jakiekolwiek źródło prądowe, wówczas jest znane jako źródło prądowe sterowane prądem. I0 = AIc daje wyjście; Tutaj A reprezentuje wzmocnienie, a Ic jest prądem sterującym.
• Źródło prądu kontrolowane napięciem: Jeśli jakiekolwiek źródło prądu jest sterowane przez jakiekolwiek inne źródło prądu w obwodzie, jest znane jako źródło prądu sterowane napięciem. I0 = AVc daje wyjście; Tutaj A oznacza wzmocnienie, a Vc kontroluje napięcie.

Ważne terminologie związane z analizą obwodów

Analiza obwodów to rozległa dziedzina obejmująca lata badań naukowców i wynalazców. Wyrósł z wieloma teoriami i terminologią. Omówmy jeszcze niektóre z prawyborów ważna teoria obwodów terminologie, które będą wymagane w całych sekcjach.

• Elementy / komponenty: Każde urządzenie elektryczne obecne i podłączone w obwodzie jest znane jako elementy lub komponenty obwodu.
• Węzeł / skrzyżowanie: Węzły to węzły, w których łączy się co najmniej dwa elementy.
• Węzeł referencyjny: Węzły odniesienia to dowolnie wybrane węzły jako punkt odniesienia do rozpoczęcia obliczeń i przeanalizować obwód.
• Gałęzie: Gałęzie to części obwodu łączącego węzły. Odgałęzienie składa się z elementu takiego jak rezystor, kondensatory itp. Liczba rozgałęzień określa liczbę elementów w obwodzie.
• Pętla: Pętla: pętle to zamknięte ścieżki, których punkt początkowy i końcowy są takie same.
• Siatka: Siatki to minimalna pętla w obwodzie elektrycznym bez nakładania się.
• Obwód: Słowo „obwód” pochodzi od słowa „koło”. Typowy obwód nazywany jest połączonymi ze sobą zespołami różnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

• Port: Port jest określany jako dwa terminale, w których płynie ten sam prąd co drugi.
• Ziemia: Ziemia jest uważana za jeden z węzłów odniesienia i ma pewne cechy. Jest to fizyczne połączenie, które łączy się z powierzchnią ziemi. Jest to istotne dla bezpieczeństwa obwodu. Poniższy obraz przedstawia reprezentację uziemienia w obwodzie.

Sudipta Roy

Cześć, jestem Sudipta Roy. Zrobiłem B. Tech w elektronice. Jestem entuzjastą elektroniki i obecnie zajmuję się dziedziną elektroniki i komunikacji. Interesuję się nowoczesnymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe. Moje teksty skupiają się na dostarczaniu dokładnych i aktualnych danych wszystkim uczniom. Pomaganie komuś w zdobywaniu wiedzy sprawia mi ogromną przyjemność.
Połączmy się poprzez LinkedIn –