Tilsvarende krets - Equivalent circuit
I elektroteknikk og vitenskap refererer en ekvivalent krets til en teoretisk krets som beholder alle de elektriske egenskapene til en gitt krets. Ofte blir det søkt etter en ekvivalent krets som forenkler beregningen, og bredere, det er en enkleste form for en mer kompleks krets for å hjelpe analysen. I sin vanligste form består en ekvivalent krets av lineære, passive elementer. Imidlertid brukes mer komplekse ekvivalente kretser som også tilnærmer den ikke-lineære oppførselen til den opprinnelige kretsen. Disse mer komplekse kretsene kalles ofte makromodeller av den opprinnelige kretsen. Et eksempel på en makromodell er Boyle-kretsen for 741 operasjonsforsterker.
Eksempler
Thévenin og Norton ekvivalenter
En av de mest overraskende egenskapene til lineær kretsteori er knyttet til evnen til å behandle en hvilken som helst to-terminal krets, uansett hvor kompleks det er å oppføre seg som bare en kilde og en impedans, som har en av to enkle like kretsformer:
- Thévenin-ekvivalent - Enhver lineær to-terminal krets kan erstattes av en enkelt spenningskilde og en serieimpedans.
- Norton-ekvivalent - Enhver lineær to-terminal krets kan erstattes av en strømkilde og en parallellimpedans.
Imidlertid kan enkeltimpedansen være av vilkårlig kompleksitet (som en funksjon av frekvens) og kan være redusert til en enklere form.
DC- og AC-ekvivalente kretser
I lineære kretser , på grunn av superposisjonsprinsippet , er utgangen til en krets lik summen av utgangen på grunn av likestrømskildene alene, og utgangen fra vekselstrømskildene alene. Derfor blir likestrøms- og vekselstrømresponsen til en krets ofte analysert uavhengig, ved bruk av separate likestrøm- og vekselstrømsekvivalente kretser som har samme respons som den opprinnelige kretsen til henholdsvis likestrøm og vekselstrøm. Den sammensatte responsen beregnes ved å legge til DC- og AC-responsene:
- En likestrømsekvivalent til en krets kan konstrueres ved å erstatte alle kapasitanser med åpne kretser, induktanser med kortslutninger og redusere vekselstrømskilder til null (erstatte vekselspenningskilder med kortslutninger og vekselstrømskilder med åpne kretser.)
- En AC-ekvivalent krets kan konstrueres ved å redusere alle DC-kilder til null (erstatte DC-spenningskilder med kortslutning og DC-strømkilder med åpne kretser)
Denne teknikken utvides ofte til småsignale ikke - lineære kretser som rør- og transistorkretser, ved å linjere kretsen rundt DC-forspenningspunktet Q-punkt , ved å bruke en AC-ekvivalent krets laget ved å beregne ekvivalent liten signal- AC-motstand for de ikke-lineære komponentene ved skjevhet.
To-port nettverk
Lineære fireterminalkretser der et signal påføres ett par terminaler og en utgang er hentet fra en annen, modelleres ofte som toportnettverk . Disse kan representeres av enkle ekvivalente kretser av impedanser og avhengige kilder. For å bli analysert som et toportnettverk, må strømmen på kretsen tilfredsstille porttilstanden : strømmen som kommer inn i en terminal i en port, må være lik strømmen som forlater den andre terminalen i porten. Ved å linjere en ikke-lineær krets om driftspunktet , kan en slik to-port representasjon gjøres for transistorer: se hybrid pi og h-parameter kretser.
Delta- og Wye-kretser
I trefasede strømkretser kan trefasekilder og belastninger kobles på to forskjellige måter, kalt en "delta" -forbindelse og en "wye" -forbindelse. Noen ganger forenkler analysen å konvertere mellom ekvivalente wye- og delta-kretser ved å analysere kretser. Dette kan gjøres med wye-delta-transformasjonen .
I biologi
Tilsvarende kretsløp kan brukes til å beskrive og modellere enten a) kontinuerlige materialer eller biologiske systemer der strømmen faktisk ikke strømmer i definerte kretsløp, eller, b) fordelte reaktanser, slik som finnes i elektriske ledninger eller viklinger, som ikke representerer faktiske diskrete komponenter. For eksempel kan en cellemembran modelleres som en kapasitans (dvs. lipid-dobbeltlaget ) parallelt med motstand- DC- spenningskildekombinasjoner (dvs. ionekanaler drevet av en iongradient over membranen ).
Se også
Referanser
- ^ a b Johnson, DH (2003a). "Opprinnelse av ekvivalentkretsen konseptet: den spenningskilden tilsvarende" (PDF) . Fremgangsmåten fra IEEE . 91 (4): 636–640. doi : 10.1109 / JPROC.2003.811716 . hdl : 1911/19968 .
- ^ Richard C. Dorf (1997). Elektroteknisk håndbok . New York: CRC Press. Fig. 27.4, s. 711. ISBN 978-0-8493-8574-2 .
- ^ Johnson, DH (2003b). "Opprinnelsen til det tilsvarende kretsbegrepet: strømkildekvivalenten" (PDF) . Fremgangsmåten fra IEEE . 91 (5): 817–821. doi : 10.1109 / JPROC.2003.811795 .
- ^ PR Grå; PJ Hurst; SH Lewis; RG Meyer (2001). Analyse og design av analoge integrerte kretser (fjerde utgave). New York: Wiley. s. §3.2, s. 172. ISBN 978-0-471-32168-2 .