Circuiti DC | 5+ Metodi di analisi importanti

Punti di discussione : Circuiti DC

1. Introduzione ai circuiti DC
2. Leggi di Kirchhoff
3. Legge attuale di Kirchhoff (KCL)
4. Legge di Kirchhoff sulla tensione (KVL)
5. Metodo di tensione del nodo
6. Metodo corrente mesh
7. Metodo della corrente di loop
8. Alcune importanti domande relative ai circuiti CC

Introduzione ai circuiti DC

DC sta per Corrente continua. Se la fase della fonte di energia non cambia nel tempo, il circuito sarà denominato circuiti CC. Le fonti di energia primarie per i circuiti CC sono batterie o fornitori di alimentazione fissa simili. Hanno una gamma da 5 Volt a 24 Volt. Vedendo il simbolo energetico di un circuito, si può capire se lo è Circuito AC o circuiti CC. I simboli sono riportati di seguito.

Leggi di Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff era un eminente fisico di origine tedesca. La sua ricerca relativa ai circuiti elettrici ci ha fornito due leggi primarie ma le più critiche per l'analisi dei circuiti. Queste leggi sono generalmente conosciute come leggi di Kirchhoff. Aveva escogitato leggi sia per la corrente che per la tensione. Sono popolarmente conosciuti come - Legge della corrente di Kirchhoff e Legge della tensione di Kirchhoff. Queste leggi sono regole fondamentali per DC circuiti analisi.

Prima di studiare le leggi di Kirchhoff, si dovrebbero avere le proprietà circuitali di base di nodi, giunzioni, loop, mesh, rami, ecc. Alcune definizioni sono fornite di seguito; si prega di consultare l'articolo sull'analisi dei circuiti per ulteriori terminologie primarie.

• Nodo / giunzioni: Nodo o giunzione in un circuito è noto come punto di connessione di due o più numeri di componenti.
• loop: Un loop in un circuito è definito come un percorso chiuso che parte da un nodo specifico, viaggia attraverso qualsiasi parte del circuito e termina in quel punto specifico. C'è un punto da ricordare che il percorso può percorrere qualsiasi parte del circuito solo per una volta. Un loop può includere o sovrapporsi a qualsiasi altro loop del circuito.
• Maglia: La mesh può essere definita come il loop più piccolo possibile in un circuito che non ha sovrapposizioni e non include nessun altro loop al suo interno.
• La legge attuale di Kirchhoff è spesso interpretata come la prima legge della legge di Kirchhoff o di giunzione di Kirchhoff. Si occupa delle equazioni correnti di un nodo o di una giunzione.
• La legge della tensione di Kirchhoff è spesso interpretata come la seconda legge della legge di Kirchhoff o della legge del ciclo di Kirchhoff. Si occupa delle equazioni di tensione di un loop.

Legge attuale di Kirchhoff (KCL)

"L'attuale legge di Kirchhoff afferma che la somma della corrente in ingresso a un nodo è uguale alla somma della corrente in uscita dal nodo."

Matematicamente può essere affermato come la seguente equazione.

io_in = io_su

Dall'immagine sopra, possiamo osservare che le correnti I₁ e io₄ sono in arrivo al nodo mentre io₂ e io₃ sono correnti in uscita. Quindi, secondo la legge attuale di Kirchhoff, possiamo scrivere che:

I₁ I +₄ = I₂ I +₃

O io₁ I +₄ - I₂ - I₃ = 0

Verifica del concetto: quale sarà il valore corrente per il ramo I₅? A condizione che io₁= 2 mA, I₂= 1 mA, I₃= 4 mA, I₄= 1 mA e I₆= 2mA.

Soluzione: Per risolvere questo tipo di problema dei circuiti DC, individua prima il nodo desiderato. Quindi separare i componenti correnti in entrata e in uscita. Quindi applica la legge attuale di Kirchhoff e trova la soluzione.

Le correnti in arrivo sono I.₁, I₃, I₄.

Le correnti in uscita sono io₂, I₅, I₆.

Il componente mancante è I.₅, che è in uscita.

Ora, da KCL, sappiamo che –∑I_in = io_su

Quindi, possiamo scrivere -

I₁ I +₃ I +₄ = I₂ I +₅ I +₆

O io₅ = I₁ I +₃ I +₄ - I₂ - I₆

O io₅ = 2 mA + 4 mA + 1 mA - 1 mA - 2 mA

O io₅ = 4mA

Legge di Kirchhoff sulla tensione (KVL)

di Kirchhoff La legge sulla tensione afferma che la tensione attorno a un anello del circuito è uguale a zero e la somma algebrica della caduta di tensione anche in ogni ramo in quel ciclo è uguale a zero.

Matematicamente può essere affermato come la seguente equazione.

Σ V_n = 0

V_n rappresenta la tensione attorno a n elementi o ramo del loop.

Dall'immagine sopra, possiamo scrivere che,

V_AB + V_BC + V_CD + V_DA = 0

La legge sulla tensione di Kirchhoff ha poche caratteristiche. Alcuni di loro sono -

• Durante l'analisi di un circuito, se inizi il tuo percorso con un nodo, non includi nessun altro loop nel tuo percorso e finisci il tuo percorso nello stesso nodo, la somma della tensione attraverso quel percorso sarà zero.
• Il percorso può essere in qualsiasi direzione; il percorso in senso orario o antiorario non influenza la legge della tensione di Kirchhoff.
• Un tipico circuito complesso può avere molti loop. KVL è valido per ogni possibile loop del circuito.

Metodo della tensione del nodo

Il nodo voltaggio metodo è un altro metodo utile per l'analisi del circuito DC. Deriva dall'attuale legge di Kirchhoff. SPICE – un software di simulazione contiene questo metodo. In realtà, questo metodo è più comodo per implementare e analizzare l'intero circuito. L'uso del metodo ci aiuta a sbarazzarci della legge sulla tensione di Kirchhoff, se vogliamo.

• Tensione nodo: La tensione del nodo è un concetto necessario per il metodo della tensione del nodo. Questo può essere definito come la differenza di potenziale tra due nodi.

Passi da seguire: Il metodo della tensione del nodo può essere applicato ai circuiti CC seguendo i passaggi indicati di seguito.

• Seleziona un nodo di riferimento. Nella maggior parte dei casi, viene scelto il nodo di terra.
• Assegna un nome a tutti gli altri nodi del circuito.
• Inizia con i nodi, che sembra essere facile. Il nodo della sorgente di energia (preferibilmente della sorgente di tensione) collegato al nodo di riferimento sarebbe più comodo.
• Ora applica la legge attuale di Kirchhoff per ogni nodo. Inoltre, esegui i calcoli della legge di hm.
• Scopri le soluzioni per tutte le tensioni di nodo.
• Scoprine uno corrente del circuito con l'aiuto della legge di Ohm.

Metodo corrente mesh

Il metodo della corrente di rete è un altro metodo efficiente per l'analisi del circuito CC. È derivato dalla legge sulla tensione di Kirchhoff e un nuovo metodo denominato "metodo della corrente di loop" è derivato da questo metodo. Ha un ulteriore vantaggio rispetto ad altri metodi di analisi del circuito in quanto non richiede la risoluzione di un numero 2E di equazioni circuitali (E sta per il numero di elementi del circuito). Lo studio di questo metodo richiede un adeguato livello di comprensione del concetto di loop e mesh.

• Corrente di loop: la corrente di loop è un concetto necessario per questo metodo. È definita come la corrente attraverso qualsiasi anello o maglia del circuito.
• Principio di sovrapposizione: la sovrapposizione sta per aggiunta generale. Qui il principio di sovrapposizione afferma che le correnti di loop possono essere sommate per ottenere l'elemento corrente effettivo.
• Linearità: le caratteristiche di linearità aiutano a utilizzare il principio di sovrapposizione. La linearità è moltiplicare la tensione per una costante e ottenere la corrente come costante il prodotto moltiplicato.

Passi da seguire: Il metodo della corrente mesh può essere applicato seguendo i passaggi indicati di seguito.

• Segna le maglie (note come finestre aperte del circuito).
• Scegli una specifica direzione di corrente costante (in senso orario o antiorario), che deve essere applicata per ogni mesh. Inoltre, dai le variabili correnti a ciascuna mesh.
• Applicare la legge di tensione di Kirchhoff per ogni mesh e annotare le equazioni.
• Calcola il sistema risultante per tutte le equazioni mesh.
• Usando la legge di Ohm, trova i componenti di corrente e tensione desiderati.

Metodo della corrente di loop

Possiamo dire che il metodo Loop current è una versione aggiornata del metodo Mesh Current. Questo metodo è popolare e utile per i circuiti non planari.

Passi da seguire: Il metodo della corrente di loop può essere utilizzato per analizzare i circuiti CC utilizzando i passaggi indicati di seguito.

• Segna le maglie (conosciute come una finestra aperta del circuito). Inoltre, identifica i loop.
• Scegli una specifica direzione della corrente costante (in senso orario o antiorario), che deve essere applicata per ogni mesh. Inoltre, dai le variabili correnti a ciascuna mesh o ai loop.
• Calcola il sistema risultante per tutte le equazioni mesh e loop current.
• Usando la legge di Ohm, trova la componente di tensione e corrente desiderata.  

Alcune importanti domande relative ai circuiti DC

1. Qual è l'idea principale alla base dell'attuale legge di Kirchhoff?

Risposta: TL'idea principale alla base dell'attuale legge di Kirchhoff è la teoria che le cariche non possono essere accumulate in un punto.

2. Scrivi alcune limitazioni delle leggi di Kirchhoff.

Risposta: Entrambe le leggi di Kirchhoff hanno alcune limitazioni. Sono elencati di seguito.

• L'attuale legge di Kirchhoff parte dal presupposto che conduttori e fili siano gli unici mezzi per il flusso di corrente. In realtà, nei circuiti ad alta frequenza, possiamo osservare il flusso di corrente nei circuiti aperti come funzionano i conduttori standard linee di trasmissione.

• La legge della tensione di Kirchhoff parte dal presupposto che ogni anello chiuso del circuito sarà libero dall'effetto del campo magnetico, più specificamente, il campo magnetico fluttuante. Ma, nei circuiti ad alta frequenza, questa condizione non viene soddisfatta.

3. L'analisi nodale si basa sulla legge di conservazione dell'energia: indica se la frase data è vera o falsa.

Risposta: Falso. L'analisi nodale si basa sulla legge attuale di Kirchhoff, e anche la prima legge di Kirchhoff supporta la conservazione delle cariche, non dell'energia.

4. Qual è l'effetto sulla corrente del circuito se le fonti di energia sono collegate in parallelo?

Risposta: La corrente dell'intero circuito viene aumentata.

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 –