Topologie circuitali: concetti di base

Un circuito elettrico è un insieme di dispositivi (elementi) e dei loro fili di collegamento attraverso i quali può fluire una corrente elettrica. Tutti gli elementi dei circuiti elettrici condividono in passivo e attivo.

Gli elementi attivi convertono diversi tipi di energia (meccanica, chimica, luminosa, ecc.) in energia elettrica. Nei dispositivi passivi, l'energia elettrica viene convertita in altri tipi di energia. Gli elementi attivi sono chiamati fonti, quelli passivi sono chiamati consumatori o ricevitori.

Nella teoria dei circuiti vengono considerati modelli idealizzati di elementi elettrici. Questo rende la descrizione degli elementi il ​​più semplice possibile. Gli elementi più complessi e reali sono modellati da un insieme di elementi idealizzati.

I principali elementi passivi dei circuiti elettrici sono il resistore (elemento resistivo), l'induttore (elemento induttivo) e il condensatore (elemento capacitivo). Gli elementi sono installati in un circuito elettrico per generare tensione e corrente di un dato valore e forma (vedi — Circuito elettrico e suoi elementi).

Un circuito elettrico è costituito da rami e nodi. Ramo — questa è una sezione di un circuito elettrico (circuito) attraverso il quale scorre la stessa corrente. Un nodo — collegamento di tre o più diramazioni. Nello schema elettrico il nodo è indicato da un punto (Fig. 1).

Riso. 1. Definire il nodo nel diagramma

Se necessario, i nodi del diagramma sono numerati da sinistra a destra dall'alto verso il basso.

Nella fig. 2 mostra il ramo resistivo-capacitivo in cui scorre la corrente iC.

Riso. 2. Ramo resistivo-capacitivo

Si può dare un'altra definizione di ramo: è una sezione di un circuito tra due nodi adiacenti (nodi (1) e (2) in Fig. 2).

Catena C'è qualche percorso chiuso nel circuito elettrico. Il circuito può essere chiuso da qualsiasi ramo, compresi i rami condizionali la cui resistenza è uguale all'infinito.

Nella fig. 3 mostra un circuito elettrico ramificato costituito da tre rami.

Riso. 3. Circuito elettrico a due circuiti

Il diagramma mostra tre circuiti e il circuito I è chiuso da un ramo di resistenza infinita. Questo ramo è indicato come tensione tiLC.

Per il circuito di Fig. 3 è possibile comporre più anelli chiusi da rami reali o condizionati, ma per il calcolo del rumore elettrico si utilizza il concetto di «anello indipendente». Il numero di circuiti indipendenti è sempre impostato come minimo richiesto per il calcolo.

I circuiti indipendenti sono sempre chiusi, ma rami che hanno una resistenza non uguale all'infinito, e ogni circuito indipendente comprende almeno un ramo che non è compreso in altri circuiti. Per circuiti elettrici complessi, è possibile determinare il numero di circuiti indipendenti utilizzando lo schema elettrico.

Sullo schema elettrico viene chiamata una rappresentazione condizionale del circuito, in cui ogni ramo è sostituito da un segmento di linea. Gli articoli nei rami non vengono visualizzati. Ad esempio, nella fig. 4 mostra un circuito derivato e il suo schema.

Riso. 4. Circuito elettrico ramificato: a - schema elettrico, b - schema

Per creare un diagramma di un diagramma, è necessario collegare i nodi con linee di diramazione senza specificare elementi su di essi. I rami sono numerati e le direzioni delle correnti su di essi sono indicate da frecce. Il grafico stesso non ha significato fisico, ma può essere utilizzato per determinare il numero e il tipo di contorni indipendenti. A tale scopo viene predisposto un "albero grafico".

Albero grafico Rappresenta il grafico di un circuito i cui nodi sono collegati da rami in modo tale che non risulti un anello chiuso. Ci possono essere diverse opzioni per la visualizzazione di un albero grafico. Nella fig. 5 mostra due possibili opzioni per il circuito di FIG. 4.

Riso. 5. Albero grafico dello schema

Il numero di rami mancanti nell'albero del grafo è uguale al numero di anelli indipendenti del circuito. Nell'esempio, questi sono tre rami, tre anelli indipendenti. La configurazione di cicli indipendenti può essere ottenuta collegando in sequenza i nodi dell'albero del grafo con rami che non sono specificati nell'albero del grafo. Ad esempio, per l'albero grafico in Fig. 5, e i contorni indipendenti sono mostrati in fig. 6.

Riso. 6. Determinazione di contorni indipendenti attraverso l'albero grafico

La selezione di un'opzione per configurare circuiti indipendenti per il calcolo del circuito viene effettuata durante l'analisi del circuito. Dovresti scegliere tali contorni in modo che il calcolo sia il più semplice possibile, ad es. il numero di equazioni dipendenti nel sistema è minimo.

Le equazioni topologiche stabiliscono una relazione tra tensioni e correnti in un circuito e il numero e il tipo di equazioni non dipendono da quali elementi sono inclusi nei rami. Le equazioni topologiche includono equazioni composte da secondo le leggi di Kirchhoff.