1. Чем выше требуемая точность расчетов, тем большее число факторов должно быть принято во внимание и тем более сложный вид будет иметь схема замещения каждого элемента.

2. С целью снижения трудоемкости расчетов стремятся использовать упрощенные схемы замещения, содержащие минимально допустимое число элементов.

3. Схемы замещения одного и того же элемента могут иметь различный вид в зависимости от рассматриваемого диапазона частот.

5. Идеализированные активные элементы.

Схемы замещения реальных источников

5.1 Идеальный источник напряжения

Идеальный источник напряжения (источник напряжения, источник ЭДС) представляет собой идеализированный активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от тока через эти зажимы. Напряжение u на зажимах источника напряжения (его обычно называют задающим напряжением) при любом токе равно напряжению на зажимах этого же источника при отсутствии в нем тока, т.е. равно ЭДС источника:

u=e(t) , (1.28)

и может быть произвольной функцией времени. В частном случае ЭДС e(t)=Е_ может не зависеть от времени. Источник такого типа называется источником постоянного напряжения (источником постоянной ЭДС).

Рис. 1.12

Условное графическое изображение источника напряжения приведено на рис. 1.12, а. Стрелка внутри кружка на рисунке указывает направление ЭДС. Для источников постоянного напряжения она направлена от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с более высоким потенциалом, в то время как напряжение на внешних зажимах источника направлено от зажима с более высоким потенциалом к зажиму с меньшим потенциалом.

Внешней характеристикой любого источника электрической энергии называется зависимость напряжения на его зажимах от тока источника. Внешняя характеристика источника постоянного напряжения является прямой линией, параллельной оси токов (рис. 1.12, б), причем при Е=0 внешняя характеристика источника постоянного напряжения совладает с осью токов. Другими словами, источник напряжения Е_=0 ведет себя таким же образом, как линейное сопротивление с R=0.

Рис. 1.13

Если подключить к зажимам источника ЭДС нагрузку R_н, (рис. 1.13), то, согласно (1.10), (1.11), ток через R_н, и выделяемую в нагрузке мощность можно найти из выражений

; . (1.29)

С уменьшением R_н, ток нагрузки и выделяемая в ней мощность неограниченно возрастают. Вследствие этого источник напряжения иногда называют источником бесконечной мощности.

Предельный случай, когда R_н=0 (режим короткого замыкания источника), исключается из рассмотрения, так как при этом возникает противоречие: с одной стороны, при R_н=0 выводы источника закорочены и, следовательно, напряжение источника должно равняться нулю, с другой стороны, в соответствии с определением напряжение источника ЭДС не зависит от тока источника, и, следовательно, при R_н=0, когда , напряжение источника должно равняться e(t).

Таким образом, идеальный источник напряжения можно рассматривать как источник энергии, внутреннее сопротивление которого равно нулю.

5.2 Идеальный источник тока

Идеальный источник тока (источник тока) — это идеализированный активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Ток источника (задающий ток):

i=j(t) (1.13)

может быть произвольной функцией времени, в частном случае он может не зависеть от времени: i(t)=J_ (источник постоянного тока). Внешняя характеристика источника постоянного тока показана на рис. 1.14, а.

При J_=0 внешняя характеристика источника тока совпадает с осью напряжений. Таким образом, внешняя характеристика источника тока J_=0 совпадает с ВАХ линейного сопротивления .

Условное графическое изображение источника тока приведено на рис. 1.14, б. Двойная стрелка на рисунке показывает направление тока внутри источника. У источников постоянного тока это направление совпадает с направлением перемещения положительных зарядов внутри источника, т. е. с направлением от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом.

Рис. 1.14

Ток источника тока и напряжение источника напряжения являются параметрами идеализированных активных элементов подобно тому, как сопротивление, емкость и индуктивность являются параметрами одноименных идеализированных пассивных элементов.

Рис. 1.15

Если к внешним выводам источника тока подключить нагрузку R_н. (рис. 1.15), то, согласно (1.9), (1.11), напряжение на нагрузке и выделяемую в ней мощность можно определить из выражении:

; . (1.30)

С увеличением R_н, напряжение на нагрузке и выделяемая в ней мощность неограниченно увеличиваются, поэтому источник тока, так же как и источник напряжения, является источником бесконечной мощности.

Зависимость тока источника тока от напряжения имеет такой же вид, как и зависимость напряжения источника напряжения от тока, поэтому эти источники являются дуальными элементами.

Предельный случай когда R_н.= (режим холостого хода источника), исключается из рассмотрения, так как при этом возникает противоречие. С одной стороны, при R_н.= напряжение на выходе источника бесконечно велико, цепь нагрузки фактически разорвана и ток источника должен равняться нулю, с другой стороны, в соответствии с определением источника тока ток источника не зависит от напряжения на его зажимах и при u= так же должен равняться j(t).

Таким образом, идеальный источник тока можно рассматривать как источник энергии с бесконечно малой внутренней проводимостью (бесконечно большим внутренним сопротивлением).