Analisi del circuito: 5 fatti rapidi completi

Credito immagine di copertina - Santeri Viinamäki, MCB Interruttori automatici per guida DIN, CC BY-SA 4.0

Punti di discussione: Analisi dei circuiti

• Introduzione all'analisi dei circuiti
• Elementi del circuito ideale
• Elementi del circuito realistico
• Fonti energetiche ideali
• Fonti energetiche del mondo reale
• Terminologie importanti relative all'analisi dei circuiti

Introduzione all'analisi dei circuiti

L'analisi dei circuiti è uno dei moduli primari ed essenziali per l'ingegneria elettrica ed elettronica. Prima di esplorare i concetti e le teorie dell'analisi dei circuiti, facci sapere cos'è un circuito.

Un circuito può essere definito come un anello chiuso o aperto costituito da componenti elettrici ed elettronici e con interconnessione tra di loro. L'analisi del circuito è il metodo per determinare il valore di corrente o tensione necessario in qualsiasi punto del circuito studiando e analizzando il circuito. Esistono numerosi metodi diversi per l'analisi del circuito e utilizzati secondo le condizioni adatte.

Cos'è un circuito CC? Informazioni su KCL e KVL! Clicca qui!

Elementi del circuito ideale

Un circuito ideale può essere definito come un circuito senza perdite, quindi l'aspetto del 100% di potenza in ingresso sul lato di uscita. Un circuito ideale è costituito da tre elementi ideali. Sono: resistenze, condensatore, induttore.

• resistenze: I resistori sono componenti elettrici passivi utilizzati per resistere al flusso di elettroni in un circuito. Il tensione ai capi della resistenza è espressa da una famosa legge, nota come legge di Ohm. Lo afferma "Le tensioni sono direttamente proporzionali alle correnti". Se V e I indicano rispettivamente il valore di tensione e corrente, allora

V∝ I

Oppure, V = IR

Qui R rappresenta il resistenza o valore del resistore. L'unità è data da ohm (Ω).  L'immagine seguente

rappresenta il resistore -

La seguente espressione matematica fornisce la potenza immagazzinata da un resistore.

P = VI

Oppure, P = (IR) I

Oppure, P = I²R

Oppure P = V² / R

• Condensatore: Un tipico condensatore è un'apparecchiatura elettrica passiva che immagazzina energia elettrica all'interno di un campo elettrico. È un dispositivo a due terminali. La capacità è nota come effetto del condensatore. La capacità ha un'unità: Farad(F). Il condensatore è rappresentato nel circuito dall'immagine seguente.

La relazione tra cariche e capacità è data da D = CV, dove C è il valore di capacità, Q è la carica, V è la tensione applicata.

La relazione corrente può essere derivata dall'equazione precedente. Differenziamo entrambi i lati rispetto al tempo.

dQ / dt = C dV / dt; C è un valore costante

Oppure, I = C dV / dt; come I = dQ / dt.

La potenza immagazzinata in un condensatore può essere descritta come

P = VI

Oppure P = VC dV / dt

Ora, l'energia è data come U = ∫ p dt

Oppure, U = ∫ VC (dV / dt) dt

Oppure, U = C ∫ V dV

Se assumiamo che il condensatore sia stato scaricato all'inizio del circuito, la potenza arriva come U = ½ CV².

• Induttore: L'induttore è un altro dispositivo passivo presente in un circuito ideale. Mantiene energie in un campo magnetico. L'unità di induttanza è data da Henry (H). Di seguito viene fornita la relazione tra tensione e induttanza.

V = L dI / dt

Le energie riservate vengono restituite al circuito nella forma corrente. L'immagine seguente rappresenta l'induttore nel circuito.

La potenza di un induttore è data come P = VI.

Oppure, P = I * L (dI / dt)

Di nuovo, l'energia U = ∫ p dt

Oppure, U = ∫ I * L (dI / dt) dt

Oppure, U = L ∫ I dI

L'energia arriva come U = ½ LI².

Scopri i diversi tipi di circuiti CA! Clicca qui!

Elementi del circuito realistici

I componenti del circuito ideale sono per i circuiti ideali. Non sono applicabili nei circuiti reali. Tuttavia, le caratteristiche principali rimangono le stesse per gli elementi. Gli elementi subiscono una certa perdita, hanno alcuni valori di tolleranza e alcune astrazioni durante l'utilizzo.

I principi di funzionamento e le equazioni vengono modificati nei domini reali. Inoltre, durante le operazioni vengono aggiunti altri fattori. Ad esempio, i condensatori funzionano in modo diverso nei domini ad alta frequenza; i resistori generano un campo magnetico durante il funzionamento.

• Resistenze: Le resistenze del mondo reale dovrebbero essere fatte per obbedire alla legge di Ohm il più vicino possibile. La resistenza offerta da un resistore dipende dal materiale e dalla forma del resistore.

Un vero resistore può essere distrutto o bruciato a causa del calore generato da solo. C'è un certo livello di tolleranza menzionato per ogni resistenza tramite i codici colore.

• Condensatori: I condensatori realistici dovrebbero essere fatti in modo da obbedire il più fedelmente possibile all'equazione del condensatore. Per costruire un condensatore sono necessarie due superfici conduttrici. Sono messi insieme e tra di loro viene riempita aria o qualsiasi materiale. Il valore del condensatore dipende dalla superficie del conduttore e dalla distanza tra loro e dalla permettività del materiale interno. Esistono varie categorie di condensatori sul mercato. Alcuni di loro sono - Condensatori elettrolitici, Condensatori al tantalio, ecc.

I condensatori sono collegati con filo ai loro terminali. Ciò causa resistenza e una piccola quantità di impedenza. Un aumento della tensione attraverso i condensatori a volte danneggia i materiali isolanti tra le piastre.

• Induttori: Gli induttori realistici o del mondo reale dovrebbero essere fatti per obbedire all'equazione dell'induttore il più vicino possibile. Gli induttori sono strozzatori di bobine. Inducono campi magnetici per immagazzinare le energie elettriche.

Gli induttori sono realizzati utilizzando i fili dell'avvolgimento in una struttura simile a una bobina: più l'avvolgimento, più forte è il campo magnetico. Posizionare un materiale magnetico all'interno della bobina aumenterebbe l'effetto magnetico. Ora, poiché questi fili sono avvolti attorno al materiale, ciò provoca la generazione di resistenza. Inoltre, è necessario che sia abbastanza grande da accumulare il campo magnetico. Questo a volte causa problemi.

Fonti energetiche ideali

Un circuito ideale necessita di una fonte di energia ideale. Esistono due tipi di fonti di energia ideali. Sono: sorgente di tensione ideale e sorgente di corrente ideale.

Sorgente di tensione ideale: le sorgenti di tensione ideali forniscono una quantità costante di tensione per ogni istante di tempo. La tensione è costante in tutta la sorgente. In realtà, non esiste una fonte ideale per i circuiti. È un presupposto per semplificare l'analisi del circuito. L'immagine sotto rappresenta una sorgente di tensione ideale.

Sorgente di corrente ideale: le sorgenti di corrente ideali forniscono correnti indipendenti dalla variazione di tensione nel circuito. Una sorgente di corrente ideale è un'approssimazione che non ha luogo nella realtà ma può essere ottenuta. L'immagine sotto rappresenta la sorgente di corrente ideale in un circuito.

Vere fonti di energia per i circuiti

I veri circuiti elettrici o elettronici necessitano di fonti naturali di energia. Ci sono alcune differenze tra le fonti di energia ideali e quelle del mondo reale, sebbene il principio principale per fornire l'energia al circuito rimanga lo stesso. Le fonti di energia del mondo reale hanno diversi tipi. Alcuni dipendono anche da altre fonti. Come - Sorgente di corrente controllata dalla tensione, Sorgente di corrente controllata dalla corrente, ecc. Ne discuteremo brevemente in questo articolo sull'analisi del circuito.

• Fonti di tensione: Le sorgenti di tensione reali presentano una resistenza interna, che è considerata in serie con la sorgente di tensione. Non importa quanto sia trascurabile la resistenza, influenza la caratteristica VI del circuito. La sorgente di tensione può essere di due tipi:

1. Fonte di tensione indipendente
2. Fonte di tensione dipendente

• Fonte di tensione controllata dalla tensione
• Fonte di tensione controllata in corrente.

• Fonte di tensione controllata in tensione: Se qualsiasi altra sorgente di tensione è controllata da qualsiasi tipo di sorgente di tensione, è nota come sorgente di tensione controllata. V0 = AVc fornisce l'uscita in tensione; Qui, A rappresenta il guadagno e Vc è la tensione di controllo.
• Fonte di tensione controllata corrente: Se qualsiasi altra sorgente di tensione è controllata da una sorgente di corrente diversa nel circuito, è nota come sorgente di corrente controllata dalla corrente. V0 = AIc fornisce l'uscita; Qui, A rappresenta il guadagno e Ic controlla la corrente.

• Fonti attuali: Le vere sorgenti di corrente presentano una resistenza interna. La resistenza può essere trascurabile ma ha il suo effetto su tutto il circuito. La sorgente corrente può essere di due tipi.

1. Fonte dipendente
2. Fonte indipendente

Fonte indipendente: Queste fonti di corrente non dipendono da altre fonti di energia del circuito. Fornisce una piccola resistenza, che cambia il grafico della caratteristica VI.

Fonti correnti dipendenti: Queste fonti di corrente dipendono da qualsiasi altra fonte di energia presente nei circuiti. Possono essere classificati in due categorie

• Fonte di corrente controllata corrente
• Fonte di corrente controllata dalla tensione.

• Sorgente di corrente controllata corrente: Se qualsiasi altra sorgente di corrente controlla una sorgente di corrente, allora è nota come sorgente di corrente controllata dalla corrente. I0 = AIc fornisce l'uscita; Qui, A rappresenta il guadagno e Ic è la corrente di controllo.
• Fonte di corrente controllata dalla tensione: Se una qualsiasi sorgente di corrente è controllata da qualsiasi altra sorgente di corrente nel circuito, è nota come sorgente di corrente controllata dalla tensione. I0 = AVc fornisce l'output; Qui, A rappresenta il guadagno e Vc controlla la tensione.

Terminologie importanti relative all'analisi dei circuiti

L'analisi dei circuiti è un campo vasto che include anni di ricerche da parte di scienziati e inventori. È cresciuto con molte teorie e terminologie. Discutiamo ancora alcune delle primarie importante teoria dei circuiti terminologie, che saranno richieste in tutte le sezioni.

• Elementi / componenti: Qualsiasi dispositivo elettrico presente e collegato nel circuito è noto come elementi o componenti del circuito.
• Nodo / Giunzione: I nodi sono le giunzioni in cui due o più elementi vengono collegati.
• Nodo di riferimento: I nodi di riferimento sono nodi selezionati arbitrariamente come punto di riferimento per avviare il calcolo e analizzare il circuito.
• filiali: I rami sono le parti del circuito che collega i nodi. Un ramo è costituito da un elemento come un resistore, condensatori, ecc. Il numero di rami ci dà il numero di elementi nel circuito.
• loop: Loop: i loop sono percorsi racchiusi il cui punto iniziale e punto finale sono gli stessi.
• Maglia: Le mesh sono il loop minimo all'interno di un circuito elettrico senza sovrapposizioni.
• Circuito: La parola "circuito" ha origine dalla parola "cerchio". Un circuito tipico è indicato come i gruppi interconnessi di diverse apparecchiature elettriche ed elettroniche.

• porto: La porta è indicata come i due terminali in cui scorre la stessa corrente dell'altro.
• Terra: Il suolo è considerato come uno dei nodi di riferimento e presenta alcune caratteristiche. È una connessione fisica che si collega alla superficie terrestre. È vitale per la sicurezza del circuito. L'immagine sotto rappresenta la rappresentazione del terreno in un circuito.

Sudipta Roy

Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
Colleghiamoci tramite LinkedIn –