Elemente de circuit

Elemente de circuit

Elementele de circuit electric sunt clasificate ca rezistive prezentand doar proprietati de rezistenta si reactive posedand doar reactanta. Al doilea grup acopera bobinele inductive si condensatorii, avand reactante capacitive si inductive.

Elementele rezistive de circuit sunt cele in care fluxul de curent produce doar o irecuperabila pierdere de energie, pe cand in toate elementele reactive de circuit nu exista aceasta pierdere.

Fluxul de curent produce o diferenta de potential in lungul elementelor de circuit, marimea acestei diferente depinzand de valoarea curentului. Cu alte cuvinte, ele impiedica trecerea curentului prin circuit si pentru acest motiv sunt numite in ansamblu impedante, termen care poate fi limitat in cazuri speciale la o rezistenta, o inductanta, la o capacitate, sau la fel de bine la o combinatie a acestora.

Trebuie notat, totusi, ca conceptul de element de circuit posedand doar rezistenta, inductanta, sau capacitate este putin cam fals, intrucat toti trei parametri sunt prezenti, fiecare cu o extindere mai mare sau mai mica. O bobina inductiva, spre exemplu, fiind facuta dintr-un conductor cu o anumita conductivitate, intotdeauna poseda o anumita rezistenta. In acelasi timp ca orice corp metalic, acesta are o anumita capacitate. Pe de alta parte, un condensator prezinta intr-un anumit grad, de multe ori foarte mic, o inductanta, intrucat este format din conductori individuali inconjurati de un camp magnetic creat de deplasarea de sarcina din interiorul lor. Energia pierduta in dielectricul capacitatii se transforma integral in caldura, si drept consecinta, este de nerecuperat ca si in cazul rezistentei. Pentru considerente similare se poate arata ca orice bucata de conductor, prezinta o anumita inductanta si capacitate in plus fata de rezistenta sa.

Normal, aceasta face mult mai dificila examinarea exacta a comportamentului unui curent alternativ in aceste elemente reale de circuit. Practic, dificultatea este depasita avand de-a face cu elemente de circuit in care unul din parametri este predominant astfel ca ceilalti doi pot fi ignorati fara sa afecteze semnificativ rezultatele calculelor circuitului. In aceste conditii, elementul de circuit poate fi tratat ca un element ideal posedand doar rezistenta, inductanta sau capacitate.

Cand o astfel de simplificare este nepermisa din anumite considerente, elementul de circuit este reprezentat printr-un circuit echivalent alcatuit dintr-un numar de elemente ideale. Spre exemplu, un condensator cu pierderi de energie care nu pot fi neglijate si o bobina inductiva cu o rezistenta considerabila, pot fi reprezentate prin circuitele echivalente prezentate in fig.1.2a. Aceste circuite nu sunt chiar complete intrucat nu tin cont de capacitatea spirelor bobinei si de inductanta elementelor constructive ale condensatorului. In cazurile unde acesti parametrii sunt dati datorita anumitor consideratii (spre exemplu cand ne ocupam cu curenti de inalta frecventa), circuitele echivalente devin mai complicate (ca in fig.1.2b).

Folosirea circuitelor echivalente face studiul proceselor ce apar in circuite electrice mult mai usor, fiind suficient sa foloseasca doar trei elemente ideale de circuit R,L,C si sa trateze toate celelalte cazuri ca diverse combinatii ale acestor trei tipuri de elemente, cu toate ca pentru scopuri practice nu toate trei tipurile trebuie sa fie prezente in fiecare circuit.

Elementele de circuit se clasifica in doua grupuri distincte: cu caracteristici liniare si neliniare. Daca impedanta elementului de circuit este independenta de marimea curentului sau diferentei de potential produsa de curent in lungul elementului, acesta este numit element liniar de circuit. Curentul intr-un astfel de element este direct proportional cu diferenta de potential si procesele ce au loc in circuite alcatuite din astfel de elemente sunt descrise cu ecuatii algebrice liniare sau ecuatii diferentiale derivate din legile lui Kirchhoff.

In multe cazuri, impedanta elementului de circuit luat in consideratie este supusa variatiei cu curentul sau diferenta de potential. Aceste elemente de circuit sunt numite neliniare si procesele din circuit sunt descrise cu ecuatii neliniare.

In general, toate elementele de circuit sunt mai mult sau mai putin neliniare si pot fi tratate ca liniare intr-o anumita aproximatie doar intr-un domeniu specificat de curent sau diferenta de potential, care depinde mult de conditiile reale ale experimentului si de acuratetea impusa experimentului. Astfel, rezistenta unui conductor metalic ordinar ramane practic constanta in cazul curentilor mici, dar creste cand trec curenti mari. Aceasta crestere in rezistenta este datorata incalzirii conductorului datorita curentului. Schimbarea in temperatura cauzata de un curent mic (prin mic se intelege o densitate de curent mica in conductor) este atat de mica incat este practic depasita de multi alti factori predominanti cum ar fi modificarea temperaturii ambiante, incalzirea prin radiatie si in mod normal nu este luata in consideratie.

Impedanta unui element de circuit poate de asemenea sa varieze sub actiunea unor factori externi, independenti de curentul sau diferenta de potential din circuit. Elementele de circuit cu un astfel de parametru variabil (impedanta) sunt numite elemente parametrice. Sa dam un exemplu: un reostat cu cursor este un element de circuit liniar la fluxuri de curent mici, dar cand rezistenta sa este variata prin deplasarea cursorului el devine un element parametric intrucat marimea curentului va depinde de pozitia cursorului.

Neliniaritatea rezistentei, inductantei sau capacitatii face ca analiza performantelor circuitului sa nu fie usoara intrucat solutia ecuatiilor neliniare reprezinta o problema serioasa. Elementul de circuit este considerat a fi liniar atata timp cat neliniaritatile se pot neglija in limitele de variatie ale curentului sau diferentei de potential. O astfel de aproximatie, poate, bineinteles sa aiba un efect negativ in rezultatele calculelor de circuit. Din acest punct de vedere, valabilitatea lor este necesar sa fie testata pentru fiecare caz specific.