Analýza obvodu: 5 kompletních rychlých faktů

Kredit na titulní obrázek - Santeri Viinamäki, Jističe MCB na lištu DIN, CC BY-SA 4.0

Body diskuse: Circuit Analysis

• Úvod do analýzy obvodů
• Ideální obvodové prvky
• Realistické prvky obvodu
• Ideální zdroje energie
• Skutečné zdroje energie
• Důležité terminologie související s analýzou obvodu

Úvod do analýzy obvodu

Analýza obvodů je jedním z primárních a základních modulů pro elektrotechniku ​​a elektroniku. Než prozkoumáme koncepty a teorie obvodové analýzy, dejte nám vědět, co je to obvod.

Obvod lze definovat jako uzavřenou nebo otevřenou smyčku, která se skládá z elektrických a elektronických součástek a je mezi nimi propojena. Analýza obvodu je metoda k určení potřebné hodnoty proudu nebo napětí v kterémkoli bodě obvodu studiem a analýzou obvodu. Existuje řada různých metod pro analýzu obvodů, které se používají za vhodných podmínek.

Co je to DC obvod? Zjistěte více o KCL a KVL! Klikněte zde!

Ideální obvodové prvky

Ideální obvod lze definovat jako obvod bez ztrát, tedy vzhled 100% příkonu na výstupní straně. Ideální obvod se skládá ze tří ideálních prvků. Jsou to - rezistence, kondenzátor, induktor.

• Rezistory: Rezistory jsou pasivní elektrické součástky používané k odolávání toku elektronů v obvodu. The napětí na rezistoru je vyjádřen slavným zákonem, známým jako Ohmův zákon. Uvádí to „Napětí jsou přímo úměrná proudům“. Pokud V a I označují hodnotu napětí a proud, pak

V ∝ já

Nebo V = IR

Zde R představuje Odpor nebo hodnotu odporu. Jednotka je dána ohmem (Ω).  Následující obrázek

představuje odpor -

Následující matematický výraz udává výkon uložený rezistorem.

P = VI

Nebo P = (IR) I

Nebo P = I²R

Nebo P = V² / R.

• Kondenzátor: Typický kondenzátor je pasivní elektrické zařízení, které uchovává elektrickou energii uvnitř elektrického pole. Jedná se o dvoukoncové zařízení. Kapacita je známá jako účinek kondenzátoru. Kapacita má jednotku – Farad(F). The kondenzátor je v obvodu znázorněn na následujícím obrázku.

Vztah mezi náboji a kapacitou je dán vztahem Q = CV, kde C je hodnota kapacity, Q je náboj, V je aplikované napětí.

Aktuální vztah lze odvodit z výše uvedené rovnice. Rozlišme obě strany s ohledem na čas.

dQ / dt = C dV / dt; C je konstantní hodnota

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

Síla uložená v kondenzátoru může být popsána zapsána jako

P = VI

Nebo P = VC dV / dt

Nyní je energie dána jako U = ∫ p dt

Nebo U = ∫ VC (dV / dt) dt

Nebo U = C ∫ V dV

Pokud předpokládáme, že kondenzátor byl vybitý na začátku obvodu, pak energie přichází jako U = ½ CV².

• Induktor: Induktor je další pasivní zařízení přítomné v ideálním obvodu. Drží energie v magnetickém poli. Jednotka indukčnosti je dána Henrym (H). Vztah mezi napětím a indukčností je uveden níže.

V = L dI / dt

Rezervované energie se vrací zpět do obvodů v aktuální podobě. Následující obrázek představuje induktor v obvodu.

Síla induktoru je dána jako P = VI.

Nebo P = I * L (dI / dt)

Energie U = ∫ p dt

Nebo U = ∫ I * L (dI / dt) dt

Nebo U = L ∫ I dI

Energie přichází jako U = ½ LI².

Zjistěte více o různých typech střídavých obvodů! Klikněte zde!

Realistické prvky obvodu

Ideální součásti obvodu jsou pro ideální obvody. Nelze je použít v reálných obvodech. Hlavní charakteristiky však u prvků zůstávají stejné. Při používání prvky utrpí určitou ztrátu, mají určité hodnoty tolerance a některé abstrakce.

Pracovní principy a rovnice se mění ve skutečných doménách. Během operací se také přidají některé další faktory. Například kondenzátory fungují odlišně ve vysokofrekvenčních doménách; rezistory generují během provozu magnetické pole.

• Rezistory: Rezistory reálného světa by měly být vyráběny tak, aby dodržovaly Ohmův zákon co nejblíže. Odpor nabízený rezistorem závisí na materiálu a tvaru rezistoru.

Skutečný odpor se může zničit nebo spálit v důsledku tepla generovaného sám. U každého rezistoru je prostřednictvím barevných kódů uvedena určitá úroveň tolerance.

• Kondenzátory: Realistické kondenzátory by měly být vytvořeny tak, aby co nejblíže vyhovovaly rovnici kondenzátoru. K vybudování kondenzátoru jsou zapotřebí dva vodivé povrchy. Jsou umístěny společně a je mezi nimi naplněn vzduch nebo jakýkoli materiál. Hodnota kondenzátoru závisí na ploše vodiče a vzdálenosti mezi nimi a na permitivitě vnitřního materiálu. Na trhu existuje řada kategorií kondenzátorů. Někteří z nich jsou - Elektrolytické kondenzátory, Tantalové kondenzátory, atd.

Kondenzátory jsou připojeny vodičem na jejich svorky. To způsobuje odpor a malé množství impedance. Zvýšení napětí na kondenzátorech někdy poškodí izolační materiály mezi deskami.

• Induktory: Realistické cívky nebo induktory v reálném světě by měly být vyrobeny tak, aby co nejblíže dodržovaly indukční rovnici. Induktory jsou tlumivky cívek. Indukují magnetické pole k ukládání elektrické energie.

Induktory se vyrábějí pomocí vodičů vinutí ve struktuře podobné cívce: čím více vinutí, tím silnější je magnetické pole. Umístění magnetického materiálu do cívky by zvýšilo magnetický efekt. Nyní, když jsou tyto dráty ovinuty kolem materiálu, způsobí to vznik odporu. Je také nutné, aby byl dostatečně velký, aby akumuloval magnetické pole. To někdy způsobuje problémy.

Ideální zdroje energie

Ideální obvod potřebuje ideální zdroj energie. Existují dva typy ideálních zdrojů energie. Jsou to - ideální zdroj napětí a ideální zdroj proudu.

Ideální zdroj napětí: Ideální zdroje napětí dodávají konstantní množství napětí pro každý okamžik. Napětí je v celém zdroji konstantní. Ve skutečnosti neexistuje ideální zdroj pro obvody. Předpokladem je zjednodušení analýzy obvodu. Níže uvedený obrázek představuje ideální zdroj napětí.

Ideální zdroj proudu: Ideální zdroje proudu dodávají proudy nezávisle na kolísání napětí v obvodu. Ideálním zdrojem proudu je aproximace, která neprobíhá ve skutečnosti, ale lze jej dosáhnout. Níže uvedený obrázek představuje ideální zdroj proudu v obvodu.

Skutečné zdroje energie pro obvody

Skutečné elektrické nebo elektronické obvody vyžadují přírodní zdroje energie. Mezi ideálním a skutečným zdrojem energie existují určité rozdíly, i když hlavní princip dodávky energie do okruhu zůstává stejný. Skutečné zdroje energie mají několik typů. Některé jsou dokonce závislé na jiných zdrojích. Stejně jako - Napěťově řízený zdroj proudu, Proudově řízený zdroj proudu atd. Stručně je probereme v tomto článku o analýze obvodu.

• Zdroje napětí: Zdroje reálného napětí přicházejí s vnitřním odporem, což je považováno za sérii se zdrojem napětí. Bez ohledu na to, jak zanedbatelný je odpor, ovlivňuje VI charakteristiku obvodu. Zdroj napětí může být dvou typů -

1. Nezávislý zdroj napětí
2. Závislý zdroj napětí

• Zdroj napětí řízeného napětím
• Proudově řízený zdroj napětí.

• Zdroj napětí řízeného napětím: Pokud je jakýkoli jiný zdroj napětí řízen jakýmkoli druhem zdroje napětí, je známý jako zdroj napětí řízený napětím. V0 = AVc udává napěťový výstup; Zde A představuje zisk a Vc je řídicí napětí.
• Zdroj proudu s řízeným proudem: Pokud je jakýkoli jiný zdroj napětí řízen jiným zdrojem proudu v obvodu, je známý jako proudově řízený zdroj proudu. V0 = AIc dává výstup; Zde A představuje zisk a Ic řídí proud.

• Aktuální zdroje: Zdroje skutečného proudu přicházejí s vnitřním odporem. Odpor může být zanedbatelný, ale má svůj účinek v celém obvodu. Proudový zdroj může být dvojího druhu.

1. Závislý zdroj
2. Nezávislý zdroj

Nezávislý zdroj: Tyto zdroje proudu nemají žádnou závislost na jakýchkoli jiných zdrojích energie obvodu. Poskytuje malý odpor, který mění charakteristický graf VI.

Závislé zdroje proudu: Tyto zdroje proudu jsou závislé na jakýchkoli jiných zdrojích energie přítomných v obvodech. Lze je rozdělit do dvou kategorií

• Proudem řízený zdroj proudu
• Napěťově řízený zdroj proudu.

• Proudem řízený zdroj proudu: Pokud jakýkoli jiný zdroj proudu ovládá jakýkoli zdroj proudu, je známý jako zdroj proudu řízený proudem. I0 = AIc dává výstup; Zde A představuje zisk a Ic je řídicí proud.
• Zdroj proudu řízený napětím: Pokud je jakýkoli zdroj proudu řízen jakýmkoli jiným zdrojem proudu v obvodu, je známý jako zdroj proudu s řízeným napětím. I0 = AVc dává výstup; Zde A představuje zisk a Vc řídí napětí.

Důležité terminologie související s analýzou obvodu

Analýza obvodů je rozsáhlá oblast, která zahrnuje roky výzkumů vědců a vynálezců. Vyrostlo se spoustou teorií a terminologií. Pojďme si ještě probrat některé z primárek důležitá obvodová teorie terminologie, která bude vyžadována v jednotlivých sekcích.

• Prvky / komponenty: Jakékoli elektrické zařízení přítomné a připojené v obvodu je známé jako prvky nebo součásti obvodu.
• Uzel / Junction: Uzly jsou uzly, kde se spojují dva nebo více prvků.
• Referenční uzel: Referenční uzly jsou libovolně vybrané uzly jako referenční bod pro zahájení výpočtu a analyzovat obvod.
• pobočky: Pobočky jsou části obvodu, který spojuje uzly. Větev se skládá z prvku, jako je odpor, kondenzátory atd. Počet větví nám udává počet prvků v obvodech.
• Smyčka: Smyčka: Smyčky jsou uzavřené cesty, jejichž počáteční a koncový bod jsou stejné.
• Pletivo: Sítě jsou minimální smyčka v elektrickém obvodu bez překrývání.
• Obvod: Slovo „okruh“ pochází ze slova „kruh“. Typický obvod se označuje jako vzájemně propojené sestavy různých elektrických a elektronických zařízení.

• Port: Port je označován jako dva terminály, kde protéká stejný proud jako druhý.
• Přízemní: Ground je považován za jeden z referenčních uzlů a má některé vlastnosti. Jedná se o fyzické spojení, které se připojuje k zemskému povrchu. Je to zásadní pro bezpečnost obvodu. Níže uvedený obrázek představuje znázornění země v obvodu.

Sudipta Royová

Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –