Термин: Схема электрическая эквивалентная

Эквивалентная электрическая схема

Эквивалентная электрическая схема (схема замещения) – это электрическая схема, в которой все влияющие на расчёт элементы (факторы влияния) заменены на их идеальные эквиваленты, а все не влияющие элементы и факторы исключены. Такая схема фактически является моделью (идеальным приближением) реальной схемы для рассматриваемого режима работы реальной схемы (например, для рабочего, либо предельно допустимого режима). Эквивалентная схема (в отличие от функциональной схемы) использует количественные параметры составляющих элементов, опираясь на которые можно провести относительно простой расчёт или приближенную оценку интересуемого параметра реальной электрической схемы.

Эквивалентные электрические схемы традиционно используют для описания схем измерения. В эквивалентную электрическую схему для анализа физики происходящего процесса могут быть включены также и неэлектрические  взаимосвязи между элементами схемы, например, тепловые (между нагревателем и термодатчиком), световые  (между излучателем и фотодатчиком), электромеханические (между обмоткой и контактами реле) и т. д.

Эквивалентные электрические схемы  можно условно классифицировать по трём уровням сложности:

  1. Эквивалентная схема по постоянному току использует модель линейной электрической цепи постоянного тока. В этой модели используются следующие идеальные элементы: источник ЭДС (идеальный источник напряжения), источник тока, активное сопротивление.
  2. Эквивалентная схема по переменному току – это усложнение модели постоянного тока за счёт добавления идеальных реактивных элементов – ёмкости и индуктивности, которые позволяют учесть задержки (сдвиг фаз) между током и напряжением при анализе схемы, рассчитать активную мощность рассеяния (которую теоретически рассеивают только активные сопротивления эквивалентной схемы).   Разновидностью данных моделей являются модели с применением линий задержек и других элементов с распределёнными параметрами. Соответственно, все остальные модели считаются моделями со сосредоточенными параметрами.
  3. Эквивалентная схема нелинейная – это усложнение модели постоянного или переменного тока за счёт добавление нелинейных элементов (элементов с переменным сопротивлением или импедансом), в типичных случаях это идеальный диод и управляемый ключ (коммутатор).

Заметим, что не следует путать термины ёмкость, индуктивность, сопротивление. Это термины эквивалентной электрической схемы, в отличие от названий реальных электронных компонентов в электрических принципиальных схемах – конденсатор,  катушка индуктивности (дроссель),  резистор, которые не являются идеальными по физическим свойствам.

В таблице ниже приведено описание электрических свойств всех элементов большинства эквивалентных электрических схем со сосредоточенными параметрами.

Элемент Изображение Импеданс Z Зависимость между током I и напряжением U и временем t
Источник ЭДС 0 U(t)=const для любого I и t
Источник тока I(t)=const для любого U и t
Сопротивление R R=const для любых I и U,
U(t)=I(t)*R

 
Ёмкость -j(2πfC)-1
Импеданс R + jX

Um=Im*Z,
Um и Im – амплитудные
значения синусоидального
напряжения и тока

Индуктивность j2πfL
Идеальный диод 0 при I>0
при I0

 

U=0 при I>0
U0 при I0
Идеальный ключ (коммутатор) 0, когда замкнут
, когда разомкнут

U=0, когда замкнут, для любого I

I=0, когда разомкнут, для любого U

Обозначения в таблице выше:
j – мнимая единица (j2=-1) в представлении комплексного числа;
π =3,14...;
const – постоянное значение величины.

На рисунке выше приведён реальный пример эквивалентной электрической схемы (по переменному току) для дифференциального входа модуля АЦП LTR22 в рабочем режиме. Данная схема позволяет учесть влияние входной цепи LTR22 на цепь измерения в случае подключения LTR22 к высокоомному (высокоимпедансному) источнику сигнала.

Практически, данные для составления эквивалентной электрической схемы добывают следующими путями:

  • Из документации применяемых компонентов и устройств.
  • Расчётным путём  (например, расчёт ёмкости кабеля, исходя из его длины и погонной ёмкости, приведённой в документации на кабель).
  • Путём прямых измерений (например, вышеупомянутую ёмкость кабеля можно измерить).
  • По запросу у производителя устройства относительно дополнительных характеристик входов/выходов, не указанных в документации этого устройства (например, компания  OOO "Л Кард" предоставляет такие дополнительные сведения на свои устройства).

 


Литература по теоретическим основам электротехникиБессонов Л. А. ТOЭ.

 

Перейти к другим терминам       Cтатья создана:01.08.2014
О разделе "Терминология"      Последняя редакция:25.08.2019

Пример использования термина

Термин активно используется при испытаниях различных систем сбора данных, когда целесообразно заменить штатные источник входного сигнала или выходную нагрузку их эквивалентами.

Измерительная система LTR

Внешние модули АЦП/ЦАП

Платы АЦП/ЦАП на шину PCI

Предусилители и преобразователи

Контакты

Адрес: 117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 5, корп. 4, стр. 2

Многоканальный телефон:
+7 (495) 785-95-25
Факс: +7 (495) 785-95-14

Отдел продаж: sale@lcard.ru
Техническая поддержка: support@lcard.ru

Время работы: с 9-00 до 19-00 мск

L-CARD в проектах