Topologii de circuite—Concepte de bază

Un circuit electric este un set de dispozitive (elemente) și firele lor de legătură prin care poate circula un curent electric. Toate elementele circuitelor electrice au în comun în pasiv și activ.

Elementele active transformă diferite tipuri de energie (mecanică, chimică, luminoasă etc.) în energie electrică. În dispozitivele pasive, energia electrică este convertită în alte tipuri de energie. Elementele active se numesc surse, cele pasive se numesc consumatori sau receptori.

În teoria circuitelor, sunt luate în considerare modele idealizate ale elementelor electrice. Acest lucru face ca descrierea elementelor să fie cât mai simplă posibil. Elementele mai complexe, reale, sunt modelate dintr-un set de elemente idealizate.

Principalele elemente pasive ale circuitelor electrice sunt rezistența (elementul rezistiv), inductorul (elementul inductiv) și condensatorul (elementul capacitiv). Elementele sunt instalate într-un circuit electric pentru a genera tensiune și curent de o valoare și formă date (vezi - Circuitul electric și elementele sale).

Un circuit electric este format din ramuri și noduri. Ramura — aceasta este o secțiune a unui circuit electric (circuit) prin care circulă același curent. Un nod — conectarea a trei sau mai multe ramuri. Pe schema electrică, nodul este indicat printr-un punct (Fig. 1).

Orez. 1. Definiți nodul în diagramă

Dacă este necesar, nodurile diagramei sunt numerotate de la stânga la dreapta de sus în jos.

În fig. 2 prezintă ramura rezistiv-capacitiva în care curge curentul iC.

Orez. 2. Ramura rezistiv-capacitiva

O altă definiție a unei ramuri poate fi dată - este o secțiune a unui circuit între două noduri adiacente (nodurile (1) și (2) în Fig. 2).

Lanţ Există vreo cale închisă în circuitul electric. Circuitul poate fi închis de orice ramuri, inclusiv ramuri condiționate a căror rezistență este egală cu infinitul.

În fig. 3 prezintă un circuit electric ramificat care constă din trei ramuri.

Orez. 3. Circuit electric cu două circuite

Diagrama prezintă trei circuite, iar circuitul I este închis de o ramură de rezistență infinită. Această ramură este indicată ca tensiune tiLC.

Pentru circuitul din Fig. 3 este posibil să se compună multe bucle care sunt închise de ramuri reale sau condiționate, dar pentru calcularea zgomotului electric este utilizat conceptul de „buclă independentă”. Numărul de bucle de circuit independente este întotdeauna setat ca minim necesar pentru calcul.

Circuitele independente sunt întotdeauna închise, dar ramuri care au o rezistență nu egală cu infinitul, iar fiecare circuit independent include cel puțin o ramură care nu este inclusă în alte circuite. Pentru circuite electrice complexe, puteți determina numărul de circuite independente folosind schema de circuit.

Pe schema circuitului se numește o reprezentare condiționată a circuitului, în care fiecare ramură este înlocuită cu un segment de linie. Articolele din sucursale nu sunt afișate. De exemplu, în FIG. 4 prezintă un circuit de ramură și diagrama acestuia.

Orez. 4. Circuit electric ramificat: a — schema circuitului, b — schema

Pentru a realiza o diagramă a unei diagrame, trebuie să conectați nodurile cu linii de ramificație fără a specifica elemente pe ele. Ramurile sunt numerotate, iar direcțiile curenților de pe ele sunt indicate prin săgeți. Graficul în sine nu are sens fizic, dar poate fi folosit pentru a determina numărul și tipul de contururi independente. În acest scop, este pregătit un „arborele grafic”.

Arborele grafic Reprezintă graficul unui circuit ale cărui noduri sunt conectate prin ramuri în așa fel încât să nu rezulte buclă închisă. Pot exista mai multe opțiuni pentru afișarea unui arbore grafic. În fig. 5 prezintă două opţiuni posibile pentru circuitul din FIG. 4.

Orez. 5. Arborele grafic al schemei

Numărul de ramuri lipsă din arborele grafic este egal cu numărul de bucle independente ale circuitului. În exemplu, acestea sunt trei ramuri, trei bucle independente. Configurația buclelor independente poate fi obținută prin conectarea secvențială a nodurilor arborelui grafic cu ramuri care nu sunt specificate în arborele grafic. De exemplu, pentru arborele grafic din Fig. 5, iar contururile independente sunt prezentate în fig. 6.

Orez. 6. Determinarea contururilor independente prin arborele grafic

Selectarea unei opțiuni de configurare a circuitelor independente pentru calcularea circuitului se efectuează în timpul analizei circuitului. Ar trebui să alegeți astfel de contururi astfel încât calculul să fie cât mai simplu posibil, adică. numărul de ecuații dependente din sistem este minim.

Ecuațiile topologice stabilesc o relație între tensiuni și curenți dintr-un circuit, iar numărul și tipul ecuațiilor nu depind de elementele incluse în ramuri. Ecuațiile topologice includ ecuații compuse din conform legilor lui Kirchhoff.