موضوع مقاله: عنصر الکتریکی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # عنصر الکتریکی | مقدمه: در مهندسی برق، عناصر الکتریکی یا اجزای الکتریکی انتزاعات مفهومی هستند که نشان دهنده قطعات الکتریکی ایده‌آل، مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌ها هستند که در تحلیل شبکه‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. | ## بخش 1: عنصر الکتریکی | همه شبکه‌های الکتریکی را می‌توان به‌عنوان چندین عنصر الکتریکی که توسط سیم به هم متصل شده‌اند، تحلیل کرد. در جایی که عناصر تقریباً با اجزای واقعی مطابقت دارند، نمایش می‌تواند به شکل یک نمودار طرح‌واره یا نمودار مدار باشد. در موارد دیگر، از عناصر بینهایت کوچک برای مدل‌سازی شبکه در مدل عناصر گسترده استفاده می‌شود. این عناصر الکتریکی ایده‌آل نمایانگر اجزای الکتریکی واقعی، فیزیکی یا الکترونیکی هستند. با این حال، آنها از نظر فیزیکی وجود ندارند و فرض بر این است که خواص ایده‌آلی دارند. در مقابل، اجزای الکتریکی واقعی خواص کمتر از حد ایده‌آل، درجه ای از عدم قطعیت در مقادیر خود و درجه ای از غیرخطی بودن دارند. برای مدل‌سازی رفتار غیر ایده‌آل یک جزء مدار واقعی ممکن است نیاز به ترکیبی از چندین عنصر الکتریکی ایده‌آل برای تقریب عملکرد آن باشد. به عنوان مثال، فرض می‌شود که یک عنصر مداری سلفی دارای اندوکتانس است اما مقاومت یا ظرفیت‌خازنی ندارد، درحالی‌که یک سلف واقعی، یک پیچهٔ سیمی، علاوه بر اندوکتانس خود، مقداری مقاومت نیز دارد. تحلیل مدار با استفاده از عناصر الکتریکی برای درک شبکه‌های عملی اجزای الکتریکی مفید است. تحلیل اینکه چگونه یک شبکه تحت تأثیر عناصر مجزا آن قرار می‌گیرد، تخمین چگونگی رفتار یک شبکه واقعی را ممکن می‌سازد. یکی این است که چند پایانه برای اتصال آنها به اجزای دیگر دارند: عناصر تک‌قطبیساده‌ترین اجزا را نشان می‌دهد، تنها با دو پایانه برای اتصال. نمونه‌ها هستند: مقاومت‌ها، ظرفیت‌خازنی‌ها، القاوری‌ها و دیودها عناصر دوقطبیرایج‌ترین عناصر چند قطبی با چهار پایانه متشکل از دو قطب هستند. آنها از طریق چندین جفت پایانه به نام درگاه به مدار خارجی متصل می‌شوند؛ مثلاً، یک ترانسفورماتور با سه سیم پیچ جداگانه دارای شش پایانه است و می‌تواند به عنوان یک عنصر سه‌قطبی ایده‌آل باشد. عناصر را می‌توان به فعال و غیرفعال نیز تقسیم کرد: عناصر غیرفعالاین عناصر منبع انرژی ندارند. | ## بخش 2: عنصر الکتریکی | اینها در مدل‌سازی اجزای تقویت‌کننده‌ساز استفاده می‌شوند، مانند: ترانزیستورها لامپ‌های خلاء، و آپ‌امپ تمایز دیگر بین خطی و غیرخطی است: عناصر خطیاینها عناصری هستند که در آنها رابطه تشکیل دهنده، رابطه بین ولتاژ و جریان، یک تابع خطی است. مدارهایی که فقط دارای عناصر خطی هستند، مدارهای خطی، باعث ایجاد اعوجاج اندرمدولاسیون نمی‌شوند و به راحتی با فنون‌های ریاضی قدرتمندی مانند تبدیل لاپلاس قابل تحلیل هستند. عناصر غیرخطیاینها عناصری هستند که در آنها رابطه بین ولتاژ و جریان یک تابع غیرخطی است. تحلیل و طراحی مدارهایی با عناصر غیرخطی دشوارتر است و اغلب به برنامه‌های کامپیوتری شبیه‌سازی مدار مانند اِسپایس نیاز دارند. عناصر تک‌قطبی فقط ۹ نوع عنصر (ممریستور شامل نمی‌شود)، پنج غیرفعال و چهار فعال، برای مدل‌سازی هر قطعه یا مدار الکتریکی مورد نیاز است. هر عنصر با یک رابطه بین متغیرهای حالت شبکه تعریف می‌شود: جریان ، ; ولتاژ ، ; شارژ ، ; و شار مغناطیسی ، . منبع ولتاژ که برحسب ولت اندازه‌گیری می‌شود - اختلاف پتانسیل بین دو نقطه ایجاد می‌کند. سه عنصر غیرفعال: مقاومت اندازه‌گیری شده در اهم - ولتاژی متناسب با جریان عبوری از عنصر تولید می‌کند. ظرفیت‌خازنی ، با فاراد اندازه‌گیری می‌شود - جریانی متناسب با نرخ تغییر ولتاژ در دوسَر عنصر تولید می‌کند. اندوکتانس اندازه‌گیری شده در هانری - شار مغناطیسی متناسب با نرخ تغییر جریان از طریق عنصر تولید می‌کند. چهار عنصر فعال انتزاعی: منبع ولتاژ کنترل‌شده با ولتاژ (VCVS) ولتاژی را بر اساس ولتاژ دیگری با توجه به یک بهره مشخص تولید می‌کند. منبع جریان کنترل‌شده با ولتاژ (VCCS) یک جریان بر اساس ولتاژ در جای دیگر مدار، با توجه به یک بهره مشخص، تولید می‌کند که برای مدل‌سازی ترانزیستورهای اثر میدانی و لامپ‌های خلاء استفاده می‌شود (دارای امپدانس ورودی بی‌نهایت و امپدانس خروجی بی‌نهایت). منبع ولتاژ کنترل‌شده با جریان (CCVS) ولتاژی را براساس جریان ورودی در جای دیگر مدار با توجه به یک بهره مشخص تولید می‌کند. منبع جریان کنترل‌شده با جریان (CCCS) جریانی را بر اساس جریان ورودی و یک بهره مشخص تولید می‌کند. | ## بخش 3: عنصر الکتریکی | در واقع، تمام اجزای مدار غیرخطی هستند و فقط می‌توانند در یک محدوده مشخص به صورت خطی تقریب زده شوند. برای توصیف دقیق‌تر عناصر غیرفعال، به جای تناسب ساده، از رابطه سازنده آنها استفاده می‌شود. این مورد برای همه عناصر خطی است، اما همچنین، به عنوان مثال، یک دیود ایده‌آل، که از نظر تئوری مدار یک مقاومت غیرخطی است، یک رابطه ساختاری دارد. دو عنصر غیرخطی ویژه گاهی در تحلیل استفاده می‌شوند، اما همتای ایده‌آل هیچ جزء واقعی نیستند: پوچ‌گر: به صورت تعریف شده است هیچ‌گر: به عنوان عنصری تعریف می‌شود که هیچ محدودیتی برای ولتاژ و جریان ایجاد نمی‌کند. روابط سازنده آنها در نمادگذاری ماتریسی عبارتند از: ترانسفرماتور ژیراتور ترانسفورماتور یک ولتاژ را در یک قطب به ولتاژ دیگری با نسبت n نگاشت می‌کند. شبکه‌هایی که فقط از عناصر خطی اصلی ساخته شده‌اند، لزوماً متقابل هستند، بنابراین نمی‌توانند به تنهایی برای نمایش یک سامانه نامتقابل استفاده شوند. دو ژیراتور به‌صورت آبشاری معادل یک ترانسفورماتور هستند، اما ترانسفورماتور معمولاً برای راحتی حفظ می‌شود. معرفی ژیراتور همچنین ظرفیت‌خازنی یا القاوری را غیرضروری می‌کند، زیرا یک ژیراتور که با یکی از آنها در قطب ۲ پایانش می‌یابد، معادل دیگری در قطب ۱ خواهد بود. با این حال، ترانسفورماتور، ظرفیت‌خازن و القاوری معمولاً در تحلیل حفظ می‌شوند زیرا آنها خواص ایده‌آل اجزای اصلی فیزیکی ترانسفورماتور، سلف و خازن هستند، در حالی که یک ژیراتور عملی باید به‌صورت یک مدار فعال ساخته شود.Wadhwa, C.L. یک مدل تمیزتر همچنین شامل یک مقاومت سری با منبع ولتاژ است تا مقاومت داخلی باتری را نشان دهد (که منجر به گرم‌شدن باتری و افت ولتاژ در هنگام استفاده می‌شود). ممکن است یک منبع جریان به صورت موازی برای نشان دادن نشتی آن (که باتری را در مدت طولانی تخلیه می‌کند) اضافه شود. یک مدل اصلاح‌شده‌تر همچنین شامل یک سلف سِری برای نشان دادن اثرات اندوکتانس سَرهای آن است (مقاومت‌هایی که به صورت مارپیچی ساخته شده‌اند، اندوکتانس قابل‌توجه‌تری دارند). ممکن است یک ظرفیت‌خازنی موازی برای نمایش اثر خازنی مجاورت مقاومت‌ها به یکدیگر اضافه شود. | ## جمع‌بندی | به عنوان مثال، در درجه اول تقریب، یک ترانزیستور دوقطبی ممکن است با یک منبع جریان متغیر که توسط جریان ورودی کنترل می‌شود، نشان داده شود.