1.2. Основные схемные элементы и их модели

Для составления эквивалентной схемы сколь угодно сложной электрической цепи используется функционально полный набор элементов: пять двухполюсников и пять четырехполюсников.

Двухполюсные элементы имеют два вывода (полюса) для включения в электрическую цепь. Они могут быть пассивными и активными.

Пассивные двухполюсники (рис. 1.16 – 1.18) энергию не вырабатывают, а только потребляют.

Активные двухполюсники (независимые источники энергии) вырабатывают электрическую энергию и обладают определенной мощностью. Они подразделяются на независимые источники ЭДС (рис. 1.19 – 1.20) и независимые источники тока (рис. 1.21 – 1.22).

Рис. 1.16. Резистивный элемент	Рис. 1.17. Индуктивный элемент	Рис. 1.18. Емкостный элемент

PE=E·IE		PJ=J·UJ
Рис. 1.19. Независимый идеальный источник ЭДС	Рис. 1.20. Независимый реальный источник ЭДС	Рис. 1.21. Независимый идеальный источник тока	Рис. 1.22. Независимый реальный источник тока

Величина ЭДС независимого источника ЭДС (рис.1.19, рис. 1.20) не зависит от величины тока, протекающего через источник в данный момент времени. Величина тока независимого источника тока (рис.1.21, рис. 1.22) не зависит от напряжения на его зажимах.

Четырехполюсные элементы имеют две пары выводов (полюсов, портов): входные () и выходные ().Они, как и двухполюсники, могут быть пассивными и активными.

Типичным примером пассивных четырехполюсников являются трансформаторы, предназначенные для преобразования переменного напряжения. Они могут использоваться как с ферромагнитным сердечником (рис. 1.23) так и без него (рис. 1.24).

Рис. 1.23	Рис. 1.24

Величина выходного переменного напряжения зависит от входного переменного напряженияи безразмерной величины, называемой коэффициентом трансформации и определяемой отношением числа витковвторичной обмотки трансформатора к числу витковпервичной обмотки.

Активные четырехполюсники или зависимые источники энергии подразделяются на:

- источники тока, управляемые током (ИТУТ);

- источники тока, управляемые напряжением (ИТУН);

- источники напряжения, управляемые напряжением (ИНУН);

- источники напряжения, управляемые током (ИНУТ).

Четырехполюсная модель ИТУТ представлена на рис. 1.25, на котором выходной ток зависит от входного токаи безразмерной величины, называемой коэффициентом передачи по току. Примером такого источника является биполярный транзистор, физическая эквивалентная схема которого приведена на рис. 1.26. Зависимый источник располагается в коллекторной цепи и имеет коэффициент передачи по току.

Рис. 1.25	Рис. 1.26

Четырехполюсная модель ИТУН представлена на рис. 1.27, на котором выходной ток зависит от входного напряженияи величины, называемой коэффициентом передачи и имеющей размерность [А/B]. Примером зависимого ИТУН является полевой транзистор, четырехполюсная модель которого приведена на рис. 1.28. Выходная цепь полевого транзистора эквивалентна зависимому источнику тока. Для полевого транзистора величинаназывается крутизной полевого транзистора и измеряется в [мА/B],- внутреннее сопротивление источника тока.

Рис. 1.27	Рис. 1.28

Четырехполюсная модель идеального ИНУН представлена на рис. 1.29, на котором выходное напряжение зависит от входного напряженияи безразмерной величины, называемой коэффициентом передачи по напряжению. Примером реального ИТУН является стандартная микросхема операционного усилителя, четырехполюсная модель которого приведена на рис. 1.30. Для операционного усилителя величина.

Рис. 1.29	Рис. 1.30

Четырехполюсная модель ИНУТ представлена на рис. 1.31, на котором выходное напряжение зависит от входного токаи величины, называемой коэффициентом передачи и имеющей размерность [В/А]. Примером реального ИНУТ является каскад с общей базой на биполярном транзисторе, принципиальная схема которого приведена на рис. 1.32.

Рис. 1.31	Рис. 1.32

Выводы

1. Все представленные модели имеют аналоги в реальных устройствах.

2. Представление того или иного реального устройства в виде зависимого источника энергии определяется соотношениями по сопротивлениям. Например, если внутреннее сопротивление (R_Г) источника входного сигнала существенно меньше входного сопротивления активного четырехполюсника (R_ВХ>>R_Г), а выходное сопротивление четырехполюсника намного меньше нагружающего сопротивления (R_Н), подключенного к выходным зажимам четырехполюсника (R_ВЫХ<<R_Н), то для описания четырехполюсника используется ИНУН.

3. Коэффициенты, связывающие входные и выходные цепи четырехполюсников, могут быть размерными и безразмерными. Поскольку эти коэффициенты связывают между собой входные и выходные сигналы (токи и напряжения), то они являются схемными функциями четырехполюсников.

Параметры и характеристики элементов