Topologies de circuits: conceptes bàsics

Un circuit elèctric és un conjunt de dispositius (elements) i els seus cables de connexió pels quals pot circular un corrent elèctric. Tots els elements dels circuits elèctrics comparteixen en passiu i actiu.

Els elements actius converteixen diferents tipus d'energia (mecànica, química, lluminosa, etc.) en energia elèctrica. En els dispositius passius, l'energia elèctrica es converteix en altres tipus d'energia. Els elements actius s'anomenen fonts, els passius s'anomenen consumidors o receptors.

En teoria de circuits, es consideren models idealitzats d'elements elèctrics. Això fa que la descripció dels elements sigui el més senzilla possible. Els elements reals més complexos es modelen a partir d'un conjunt d'elements idealitzats.

Els principals elements passius dels circuits elèctrics són la resistència (element resistiu), l'inductor (element inductiu) i el condensador (element capacitiu). Els elements s'instal·len en un circuit elèctric per generar tensió i corrent d'un valor i forma determinats (vegeu: Circuit elèctric i els seus elements).

Un circuit elèctric està format per branques i nodes. Sucursal — Aquesta és una secció d'un circuit elèctric (circuit) per on circula el mateix corrent. Un nus — Connexió de tres o més branques. A l'esquema elèctric, el node s'indica amb un punt (Fig. 1).

Arròs. 1. Definiu el node al diagrama

Si cal, els nodes del diagrama estan numerats d'esquerra a dreta de dalt a baix.

A la fig. La figura 2 mostra la branca resistiva-capacitiva en la qual flueix el corrent iC.

Arròs. 2. Branca resistiva-capacitiva

Es pot donar una altra definició d'una branca: és una secció d'un circuit entre dos nodes adjacents (nodes (1) i (2) a la figura 2).

Cadena Hi ha algun camí tancat al circuit elèctric. El circuit es pot tancar per qualsevol branca, incloses les branques condicionals la resistència de les quals és igual a l'infinit.

A la fig. La figura 3 mostra un circuit elèctric ramificat que consta de tres branques.

Arròs. 3. Circuit elèctric amb dos circuits

El diagrama mostra tres circuits, i el circuit I està tancat per una branca de resistència infinita. Aquesta branca s'indica com a tensió tiLC.

Per al circuit de la Fig. 3 és possible compondre molts bucles que es tanquen per branques reals o condicionals, però per al càlcul del soroll elèctric s'utilitza el concepte de «bucle independent». El nombre de llaços de circuit independents s'estableix sempre com el mínim necessari per al càlcul.

Els circuits independents sempre estan tancats, però les branques que tenen una resistència no igual a l'infinit, i cada circuit independent inclou almenys una branca que no està inclosa en altres circuits. Per a circuits elèctrics complexos, podeu determinar el nombre de circuits independents mitjançant el diagrama de circuits.

A l'esquema del circuit s'anomena una representació condicional del circuit, en la qual cada branca és substituïda per un segment de línia. Els articles de les sucursals no es mostren. Per exemple, a la FIG. La figura 4 mostra un circuit de derivació i el seu esquema.

Arròs. 4. Circuit elèctric ramificat: a — esquema de circuit, b — esquema

Per fer un diagrama d'un diagrama, heu de connectar els nodes amb línies de branca sense especificar-hi elements. Les branques estan numerades i les direccions dels corrents sobre elles s'indiquen amb fletxes. El gràfic en si no té significat físic, però es pot utilitzar per determinar el nombre i el tipus de contorns independents. Per a això s'elabora un "arbre gràfic".

Arbre gràfic Representa el gràfic d'un circuit els nodes del qual estan connectats per branques de tal manera que no es produeix un bucle tancat. Pot haver-hi diverses opcions per mostrar un arbre gràfic. A la fig. 5 mostra dues opcions possibles per al circuit de la fig. 4.

Arròs. 5. Arbre gràfic de l'esquema

El nombre de branques que falten a l'arbre gràfic és igual al nombre de bucles independents del circuit. En l'exemple, es tracta de tres branques, tres bucles independents. La configuració de bucles independents es pot obtenir connectant seqüencialment els nodes de l'arbre gràfic amb branques que no s'especifiquen a l'arbre gràfic. Per exemple, per a l'arbre gràfic de la Fig. 5, i els contorns independents es mostren a la fig. 6.

Arròs. 6. Determinació de contorns independents a través de l'arbre gràfic

La selecció d'una opció per configurar circuits independents per calcular el circuit es realitza durant l'anàlisi del circuit. Hauríeu de triar aquests contorns perquè el càlcul sigui el més senzill possible, és a dir. el nombre d'equacions dependents del sistema és mínim.

Les equacions topològiques estableixen una relació entre tensions i corrents en un circuit, i el nombre i el tipus d'equacions no depenen dels elements inclosos a les branques. Les equacions topològiques inclouen equacions compostes per segons les lleis de Kirchhoff.