Elemento eléctrico

Elementos eléctricos representan abstracciones conceptuales idealizado componentes eléctricos, tales como resistencias, condensadores, y inductores, utilizado en la Análisis de redes eléctricas. Cualquier red eléctrica puede analizarse como múltiples, elementos eléctricos interconectados en un diagrama esquemático o diagrama del circuito, cada uno de los que afecta la voltaje en la red o actual a través de la red. Estos elementos eléctricos ideales representan física real, componentes eléctricos o electrónicos Pero no existen físicamente y se supusieron que tiene propiedades ideales según un modelo de agrupan elementos, mientras que los componentes son objetos con propiedades menos que ideal, un grado de incertidumbre en sus valores y cierto grado de no linealidad, cada uno de los cuales puede requerir una combinación de varios elementos eléctricos con el fin de aproximar su función.

Análisis de circuitos con elementos eléctricos es útil para la comprensión de muchas redes eléctricas prácticas utilizando componentes. Analizando la forma una red es afectada por sus elementos individuales es posible estimar cómo se comportará una verdadera red.

Elementos de un puerto

Sólo nueve tipos de elemento)memristor No incluido), cinco pasivo y activo cuatro, están obligados a cualquier componente eléctrico o circuito del modelo. Cada elemento está definido por una relación entre la variables de estado de la red: actual, $I$; voltaje, $V$, carga, $Q$; y flujo magnético, $\Phi$.

• Dos fuentes:
  • Fuente de corriente, medido en amperios – produce una corriente en un conductor. Afecta la carga según la relación $dQ = -I\,dt$.
  • Fuente de tensión, medido en voltios – produce un diferencia de potencial entre dos puntos. Flujo magnético afecta según la relación $d\Phi = V\,dt$.

$\Phi$ en esta relación no representa necesariamente algo físicamente. En el caso del generador de corriente, $Q$, la integral del tiempo de la corriente, representa la cantidad de carga eléctrica físicamente entregada por el generador. Aquí $\Phi$ es la integral de momento de tensión pero sea o no que representa una cantidad física depende de la naturaleza de la fuente de tensión. Para una tensión generada por la inducción magnética es significativo, pero para un origen electroquímico, o una tensión que es la salida de otro circuito, ningún significado físico se une a él.

Estos dos elementos son elementos necesariamente no-lineal. Ver Elementos #Non-linear por debajo.

• Tres pasivo elementos:
  • Resistencia $R$, medido en ohmios – produce una tensión proporcional a la corriente que fluye a través del elemento. Se relaciona con voltaje y corriente según la relación $dV = R\,dI$.
  • Capacitancia $C$, medido en faradios – produce una corriente proporcional a la tasa de cambio de voltaje a través del elemento. Se relaciona con carga y voltaje según la relación $dQ = C\,dV$.
  • Inductancia $L$, medido en Henrios – produce el flujo magnético proporcional a la tasa de cambio de la corriente a través del elemento. Se relaciona con flujo y corriente según la relación $d\Phi = L\,dI$.

• Cuatro elementos abstractos activos:
  • Fuente de voltaje voltaje-controlado (VCVS) genera una tensión basada en otro voltaje con respecto a una ganancia especificada. (tiene entrada infinita impedancia y cero impedancia de salida).
  • Fuente de corriente voltaje-controlado (VCCS) genera una corriente basada en un voltaje en el circuito, con respecto a un aumento del especificado, usado modelo transistores de efecto de campo y tubos de vacío (tiene impedancia de entrada infinita y una impedancia de salida infinito). La ganancia se caracteriza por una conductancia de transferencia que contará con unidades de Siemens.
  • Fuente de tensión controlada por corriente (CCVS) genera una tensión basada en una entrada de corriente en otros lugares en el circuito con respecto a una ganancia especificada. (tiene cero impedancia de entrada y cero impedancia de salida). La ganancia se caracteriza por una impedancia de transferencia que contará con unidades de ohmios.
  • Fuente de corriente controlada por corriente (CCCS) genera una corriente basada en una corriente de entrada y una ganancia especificada. Usado modelo transistores bipolares de Unión. (Tiene cero impedancia de entrada y salida infinita impedancia).

Estos cuatro elementos son ejemplos de elementos de dos puertos.

Elementos no lineales

En realidad, todos los componentes del circuito son no-lineales y sólo pueden ser aproximados a lineal en un cierto rango. Para describir más exactamente los elementos pasivos, sus relación constitutiva se utiliza en lugar de proporcionalidad simple. Desde dos del circuito variables que son seis las relaciones constitutivas que se pueden formar. De esto se supone que existe un cuarto elemento pasivo teórico puesto que hay solamente cinco elementos en total (sin incluir las fuentes dependientes) encontrada en el análisis de redes lineales. Este elemento adicional se llama memristor. Sólo tiene sentido como un elemento no lineal dependiente del tiempo; como elemento independiente del tiempo lineal reduce a una resistencia regular. Las relaciones constitutivas de los elementos pasivos son dadas por;

• Resistencia: relación constitutiva definida como $f(V, I)=0$.
• Capacitancia: relación constitutiva definida como $f(V, Q)=0$.
• Inductancia: relación constitutiva definida como $f(\Phi, I)=0$.
• Memristance: relación constitutiva definida como $f(\Phi, Q)=0$.

donde $f(x,y)$ es una función arbitraria de dos variables.

En algunos casos especiales la relación constitutiva se simplifica a una función de una variable. Este es el caso para todos los elementos lineales, sino también por ejemplo, un ideal diodo, que en términos de teoría de circuitos es un resistor no lineal, tiene una relación constitutiva de la forma $V = f(I)$. Tanto voltaje independiente, fuentes de corriente independientes pueden considerarse resistencias no lineales bajo esta definición.

El cuarto elemento pasivo, el memristor, fue propuesto por Leon Chua en un artículo de 1971, pero un componente físico demostrando memristance no fue creado hasta treinta y siete años más tarde. El 30 de abril de 2008, se informó que un memristor trabajo había sido desarrollado por un equipo de HP Labs dirigido por el científico R. Stanley Williams. Con el advenimiento del memristor, cada pareja formada por las cuatro variables puede ahora ser relacionado. Porque memristores son tiempo-variante por definición, no son incluidos en tiempo-invariante linear (LTI) modelos de circuito.

También hay dos elementos no lineales especiales que a veces se utilizan en el análisis, pero que no son la contraparte ideal de cualquier componente real:

• Nullator:: definido como $V = I = 0$
• Norator:: definida como un elemento que no pone restricciones en tensión y corriente alguna.

Éstos a veces se utilizan en modelos de componentes con más de dos terminales: transistores por ejemplo.

Elementos de dos puertos

Todos los anteriores son dos terminales, o un puerto, elementos con excepción de las fuentes dependientes. Hay dos lossless, pasivos, lineal dos puertos elementos que normalmente se introducen en el análisis de redes. Son sus relaciones constitutivas en notación de matriz;

Transformador

$\begin{bmatrix} V_1 \\ I_2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & n \\ -n & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} I_1 \\ V_2 \end{bmatrix}$

Girador

$\begin{bmatrix} V_1 \\ V_2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & -r \\ r & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} I_1 \\ I_2 \end{bmatrix}$

El transformador una tensión en un puerto asigna a un voltaje en el otro en una proporción de n. Se asigna la corriente entre el mismo puerto dos por 1 /n. El girador, por otro lado, asigna un voltaje en un puerto a una corriente en el otro. Asimismo, las corrientes se asignan a los voltajes. La cantidad r en la matriz está en unidades de resistencia. El girador es un elemento necesario en el análisis porque no es recíproco. Redes construidas a partir de los elementos lineales básicos sólo están obligadas a ser recíproco y así no pueden utilizarse por sí mismos para representar un sistema no-recíproco. No es esencial, sin embargo, que tanto el transformador y el girador. Dos gyrators en cascada son equivalentes a un transformador, pero generalmente se conserva el transformador para mayor comodidad. Introducción del girador también hace capacitancia o inductancia no esenciales desde un girador terminó con uno de estos en el puerto 2 será equivalente a la otra en el puerto 1. Sin embargo, transformador, capacitancia e inductancia son normalmente retenidos en análisis porque son las propiedades ideales de los componentes físicos básicos transformador, inductor y condensador Considerando que un girador práctico debe construirse como un circuito activo.

Ejemplos

Los siguientes son ejemplos de la representación de componentes a través de resistencias eléctricas.

• En un primer grado de aproximación, un batería está representado por una fuente de tensión. Un modelo más refinado también incluye una resistencia en serie con la fuente de tensión, para representar la resistencia interna de la batería (que se traduce en la batería de la calefacción y el voltaje cae cuando está en uso). Una fuente de corriente en paralelo puede añadirse para representar su fuga (que descarga la batería durante un largo periodo de tiempo).
• En un primer grado de aproximación, un resistor está representado por una resistencia. Un modelo más refinado también incluye una inductancia en serie, para representar los efectos de su inductancia de plomo (resistores construidos como una espiral inductancia más significativa). Puede añadirse una capacitancia en paralelo para representar el efecto capacitivo de la proximidad del resistor conduce uno al otro. Un cable puede ser representado como un resistor de bajo valor
• Fuentes de corriente se utilizan más a menudo cuando representando semiconductores. Por ejemplo, en un primer grado de aproximación, un bipolar transistor puede ser representada por una fuente de corriente variable que está controlada por la corriente de entrada.

Véase también

• Componente electrónico
• Modelo de agrupan elementos
• Modelo de elementos distribuidos
• Línea de transmisión

Otras Páginas

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