Γραμμικά ηλεκτρικά κυκλώματα
Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται ένα σύνολο στοιχείων που σχηματίζουν μονοπάτια διέλευσης ηλεκτρική ενέργεια… Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από ενεργά και παθητικά στοιχεία.
Τα ενεργά στοιχεία θεωρούνται πηγές ηλεκτρικής ενέργειας (πηγές τάσης και ρεύματος), τα παθητικά στοιχεία περιλαμβάνουν αντιστάσεις, επαγωγείς, ηλεκτρικοί πυκνωτές.
Τα ποσοτικά χαρακτηριστικά των στοιχείων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος ονομάζονται παράμετροι του... Για παράδειγμα, οι παράμετροι μιας πηγής σταθερής τάσης είναι το EMF και εσωτερική αντίσταση… Η παράμετρος της αντίστασης είναι η αντίσταση του πηνίου — η αυτεπαγωγή του L και ο πυκνωτής — η χωρητικότητα C.
Η τάση ή το ρεύμα που παρέχεται στο κύκλωμα θα ονομάζεται σήμα ενεργείας ή εισόδου… Τα ενεργά σήματα μπορούν να θεωρηθούν ως διαφορετικές συναρτήσεις του χρόνου που ποικίλλουν σύμφωνα με κάποιο νόμο z(T)… Για παράδειγμα το z(T) μπορεί να είναι σταθερό, αλλάζει στο χρόνο σύμφωνα με έναν περιοδικό νόμο ή έχουν απεριοδικό χαρακτήρα.
Τάσεις και ρεύματα που προκύπτουν υπό την επίδραση εξωτερικών επιρροών στο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος που μας ενδιαφέρει και που είναι επίσης συναρτήσεις του χρόνου NS (T), θα ονομάζουμε αλυσιδωτή αντίδραση ή σήμα του Σαββατοκύριακου.
Κάθε παθητικό στοιχείο ενός πραγματικού ηλεκτρικού κυκλώματος έχει κάποιο βαθμό ενεργητικής αντίστασης, επαγωγής και χωρητικότητας. Ωστόσο, για να διευκολυνθεί η μελέτη των διεργασιών σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και ο υπολογισμός του, το πραγματικό κύκλωμα αντικαθίσταται από ένα εξιδανικευμένο που αποτελείται από χωριστά χωρικά διαχωρισμένα στοιχεία R, L, S.
Σε αυτή την περίπτωση, θεωρείται ότι τα καλώδια που συνδέουν τα στοιχεία του κυκλώματος δεν έχουν ενεργή αντίσταση, επαγωγή και χωρητικότητα. Ένα τέτοιο εξιδανικευμένο κύκλωμα ονομάζεται κύκλωμα διπλωμένης παραμέτρου και οι υπολογισμοί που βασίζονται σε αυτό δίνουν σε πολλές περιπτώσεις αποτελέσματα που επιβεβαιώνονται καλά από την εμπειρία.
Τα ηλεκτρικά κυκλώματα NSE με σταθερές παραμέτρους είναι τέτοια κυκλώματα στα οποία οι αντιστάσεις των αντιστάσεων R, η αυτεπαγωγή των πηνίων L και η χωρητικότητα των πυκνωτών C είναι σταθερές, ανεξάρτητα από τα ρεύματα και τις τάσεις που δρουν στο κύκλωμα. Τέτοια στοιχεία ονομάζονται γραμμικά.
Εάν η αντίσταση της αντίστασης R δεν εξαρτάται από το ρεύμα, τότε εκφράζεται η γραμμική σχέση μεταξύ της πτώσης τάσης και του ρεύματος Νόμος του Ohm ur = R NS ir, και το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της αντίστασης (είναι μια ευθεία γραμμή (Εικ. 1, α).
Εάν η αυτεπαγωγή του πηνίου δεν εξαρτάται από την τιμή (του ρεύματος που ρέει σε αυτό, τότε η σύνδεση της αυτοεπαγωγικής ροής του πηνίου ψ ευθέως ανάλογη με αυτό το ρεύμα ψ= L NS il (Εικ. 1, β) .
Τέλος, εάν η χωρητικότητα του πυκνωτή C δεν εξαρτάται από την τάση uc που εφαρμόζεται στις πλάκες, τότε το φορτίο q που συσσωρεύεται στις πλάκες και η τάση u° C διασυνδέονται με μια γραμμική σχέση, που φαίνεται γραφικά στο σχήμα. 1, v.
Ρύζι. 1. Χαρακτηριστικά γραμμικών στοιχείων του ηλεκτρικού κυκλώματος: α — χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της αντίστασης, β — εξάρτηση της σύνδεσης ροής από το ρεύμα στο πηνίο, γ — εξάρτηση του φορτίου του πυκνωτή από την τάση σε αυτό.
Η γραμμικότητα της αντίστασης, της επαγωγής και της χωρητικότητας είναι υπό όρους, επειδή στην πραγματικότητα όλα τα πραγματικά στοιχεία ενός ηλεκτρικού κυκλώματος είναι μη γραμμικά. Έτσι, όταν περνάει ρεύμα από την τελευταία αντίσταση θερμαίνεται και αλλάζει η αντίστασή του.
Η υπερβολική αύξηση του ρεύματος σε ένα σιδηρομαγνητικό πηνίο μπορεί να αλλάξει ελαφρώς την επαγωγή του. Η χωρητικότητα των πυκνωτών με διαφορετικά διηλεκτρικά αλλάζει σε έναν ή τον άλλο βαθμό, ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση.
Ωστόσο, στον κανονικό τρόπο λειτουργίας των στοιχείων, αυτές οι αλλαγές είναι συνήθως τόσο ασήμαντες που μπορεί να μην ληφθούν υπόψη στους υπολογισμούς και τέτοια στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος θεωρούνται γραμμικά.
Τα τρανζίστορ που λειτουργούν σε λειτουργίες όταν χρησιμοποιούνται τμήματα ευθείας γραμμής με τα χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης τους μπορούν επίσης να θεωρηθούν υπό όρους ως γραμμικές συσκευές.
Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που αποτελείται από γραμμικά στοιχεία ονομάζεται γραμμικό ηλεκτρικό κύκλωμα. Τα γραμμικά κυκλώματα χαρακτηρίζονται από γραμμικές εξισώσεις για ρεύματα και τάσεις και υποκατεστημένα γραμμικά ισοδύναμα κυκλώματα. Τα γραμμικά ισοδύναμα κυκλώματα αποτελούνται από γραμμικά παθητικά και ενεργά στοιχεία των οποίων τα χαρακτηριστικά βολτ-αμπέρ είναι γραμμικά.Για την ανάλυση διεργασιών σε γραμμικά ηλεκτρικά κυκλώματα χρησιμοποιούνται Οι νόμοι του Kirchhoff.