Елементи електричного кола

Електричним колом називається сукупність пристроїв та об’єктів, які утворюють шлях для електричного струму, якщо електромагнітні процеси в них описуються через поняття електрорушійної сили, струму та напруги.

Джерела та споживачі

За принципом дії електричні пристрої поділяються на три основні групи.

1. Джерела електричної енергії – це пристрої, в яких відбувається перетворення первинної не електричної за походженням енергії в енергію електричну: хімічні елементи, термоелементи, фотоелементи, електромашинні генератори тощо.

2. Приймачі електричної енергі, тобто прис трої, в яких енергія електричного струму перетворюється в енергію іншого виду: механічну роботу в електродвигуні, теплову в резисторі, хімічну в електролізері.

3. Передавальні, перетворювальні та комутаційні пристрої: провідники, випрямлячі,

трансформатори, реле, перемикачі тощо.

Джерела електроенергії називають ще активними елементами кола, тоді як приймачі – пасивними елементами. Ділянка електричного кола, яка містить активний елемент, вважається активною і, навпаки, пасивною, якщо активні елементи відсутні. Пасивними елементами є резистори, котушки індуктивності, конденсатори.

Параметри елементів

Кожний елемент кола має певні фізичні властивості, які описуються відповідними параметрами. Так, основна властивість котушки індуктивності полягає у творенні ЕРС самоіндукції; мірою цієї властивості є коефіцієнт самоіндукції L. Зв’язок величини заряду на обкладках конденсатора з різницею потенціалів між ними визначається його електроємністю С. Головна властивість резистора полягає в наявності у нього електричного опору R. Параметр, який визначає властивість елемента, задля якої елемент вмикається в коло, називається основним. Реальні елементи, крім основних, мають ще неосновні параметри. Існування неосновних параметрів спричинено недосконалістю технології виготовлення елементів та недоліками конструкційних матеріалів. Так, в котушці індуктивності коефіцієнт самоіндукції L є основним параметром, а електричний опір провідника, із якого вона намотана, та міжвиткова ємність є неосновними параметрами. Неосновні параметри часто погіршують характеристики кола, тому їх ще називають паразитними параметрами. Наприклад, наявність у дротяному (намотаному з високоомного провідника) резисторі значної паразитної індуктивності, унеможливлює застосування його на високих частотах.

Під час аналізу електричного кола часто буває достатнім враховування лиш основних параметрів. Такі елементи називаються ідеальними. Коли знехтувати неосновними параметрами

неможливо, реальний елемент зображають еквівалентним набором з ідеальних елементів. Реальну

котушку індуктивності L p

можна зобразити схемою, поданою на рис. 14.1.1, де фігурують ідеальні

елементи

Li,

Ri та Ci. Значення цих елементів необхідно підібрати так, щоб у сукупності вони були

еквівалентними реальній котушці індуктивності.

Рис. 14.1.1. Еквівалентна схема котушки індуктивності.

Дисипативні та реактивні елементи

Дисипативними називаються елементи, в яких електрична енергія необоротно перетворюється в інші види енергії (теплову, хімічну, механічну тощо). Інколи їх ще називають активними споживачами. Прикладом дисипативного елемента є резистор, у якому електрична енергія перетворюється в енергію теплову. В інших елементах енергія джерела не витрачається необоротно, а накопичується на протязі певного проміжку часу й опісля віддається назад у коло. Накопичення може відбуватися у вигляді енергії електричного поля між обкладками конденсатора чи енергії магнітного поля в котушці індуктивності. Такі елементи називаються реактивними.

Лінійні та нелінійні елементи

Лінійним називається елемент, параметри якого не залежать од сили струму, що протікає в ньому, та від прикладеної напруги. Н елінійним вважається елемент, параметри якого, навпаки, залежать від струму і/або напруги. Всі реальні елементи є, до певної міри, нелінійними. Наприклад, опір резистора залежить від температури, хоча і значно слабкіше ніж у чистих металах, отже він залежить від сили струму внаслідок виділення тепла Джоуля. Таким чином, лінійні елементи є ідеальним наближенням. Існують елементи, нелінійність яких є їхньою невід’ємною властивістю, закладеною в конструкцію приладу. Так, особливості вольтамперної характеристики напівпровідникового діода зумовлені наявністю у ньому p-n- переходу. Електричне коло, в яке входять лише лінійні елементи вважається лінійним. Термін “лінійне коло” означає, що електромагнітні процеси в ньому описуються лінійними диференціальними рівняннями. Коло, в яке входить хоча б один нелінійний елемент, вважається нелінійним.

Крім того, розрізняють ще параметричні елементи. Параметри їх також можуть змінюватися, проте внаслідок зовнішнього впливу, не пов’язаного зі струмом на елементі чи напругою, яка цей струм викликає. Прикладом параметричного елемента є варикап (див. п. 10.2).