Topologías de circuitos: conceptos básicos
Un circuito eléctrico es un conjunto de dispositivos (elementos) y sus cables de conexión a través de los cuales puede fluir una corriente eléctrica. Todos los elementos de los circuitos eléctricos comparten en pasiva y activa.
Los elementos activos convierten diferentes tipos de energía (mecánica, química, lumínica, etc.) en energía eléctrica. En los dispositivos pasivos, la energía eléctrica se convierte en otros tipos de energía. Los elementos activos se llaman fuentes, los pasivos se llaman consumidores o receptores.
En teoría de circuitos, se consideran modelos idealizados de elementos eléctricos. Esto hace que la descripción de los elementos sea lo más simple posible. Los elementos reales más complejos se modelan a partir de un conjunto de elementos idealizados.
Los principales elementos pasivos de los circuitos eléctricos son la resistencia (elemento resistivo), el inductor (elemento inductivo) y el condensador (elemento capacitivo). Los elementos se instalan en un circuito eléctrico para generar voltaje y corriente de un valor y forma determinados (ver — Circuito eléctrico y sus elementos.).
Un circuito eléctrico consta de ramas y nodos. Rama — esta es una sección de un circuito eléctrico (circuito) a través del cual fluye la misma corriente. Un nudo — conexión de tres o más ramales. En el diagrama eléctrico, el nodo se indica con un punto (Fig. 1).
Arroz. 1. Defina el nodo en el diagrama
Si es necesario, los nodos del diagrama se numeran de izquierda a derecha y de arriba a abajo.
En la Fig. 2 muestra la rama resistiva-capacitiva en la que fluye la corriente iC.
Arroz. 2. Rama resistiva-capacitiva
Se puede dar otra definición de rama: es una sección de un circuito entre dos nodos adyacentes (nodos (1) y (2) en la Fig. 2).
Cadena ¿Hay algún camino cerrado en el circuito eléctrico? El circuito puede estar cerrado por cualquier rama, incluidas las ramas condicionales cuya resistencia es igual al infinito.
En la Fig. 3 muestra un circuito eléctrico ramificado que consta de tres ramas.
Arroz. 3. Circuito eléctrico con dos circuitos
El diagrama muestra tres circuitos, y el circuito I está cerrado por una rama de resistencia infinita. Esta rama se indica como voltaje tiLC.
Para el circuito de la Fig. 3 es posible componer muchos bucles cerrados por ramas reales o condicionales, pero para el cálculo del ruido eléctrico se utiliza el concepto de «bucle independiente». El número de bucles de circuito independientes siempre se establece como el mínimo requerido para el cálculo.
Los circuitos independientes siempre son cerrados, pero tienen ramas que tienen una resistencia no igual al infinito, y cada circuito independiente incluye al menos una rama que no está incluida en otros circuitos. Para circuitos eléctricos complejos, puede determinar la cantidad de circuitos independientes utilizando el diagrama del circuito.
En el diagrama del circuito se llama una representación condicional del circuito, en la que cada rama se reemplaza por un segmento de línea. Los artículos en sucursales no se muestran. Por ejemplo, en la fig. 4 muestra un circuito derivado y su diagrama.
Arroz. 4. Circuito eléctrico derivado: a — diagrama de circuito, b — diagrama
Para hacer un diagrama de un diagrama, debe conectar los nodos con líneas de rama sin especificar elementos en ellos. Las ramas están numeradas y las direcciones de las corrientes en ellas están indicadas por flechas. El gráfico en sí no tiene significado físico, pero se puede utilizar para determinar el número y tipo de contornos independientes. Para ello, se prepara un "árbol gráfico".
Árbol gráfico Representa la gráfica de un circuito cuyos nodos están conectados por ramas de tal manera que no resulta un lazo cerrado. Puede haber varias opciones para mostrar un árbol gráfico. En la Fig. 5 muestra dos opciones posibles para el circuito de la fig. 4.
Arroz. 5. Árbol gráfico del esquema.
El número de ramas que faltan en el árbol gráfico es igual al número de bucles independientes del circuito. En el ejemplo, estas son tres ramas, tres bucles independientes. La configuración de bucles independientes se puede obtener conectando secuencialmente los nodos del árbol de gráficos con ramas que no están especificadas en el árbol de gráficos. Por ejemplo, para el árbol gráfico de la Fig. 5, y los contornos independientes se muestran en la fig. 6.
Arroz. 6. Determinación de contornos independientes a través del árbol de gráficos
La selección de una opción para configurar circuitos independientes para el cálculo del circuito se realiza durante el análisis del circuito. Debe elegir dichos contornos para que el cálculo sea lo más simple posible, es decir. el número de ecuaciones dependientes en el sistema es mínimo.
Las ecuaciones topológicas establecen una relación entre voltajes y corrientes en un circuito, y el número y tipo de ecuaciones no depende de qué elementos se incluyen en las ramas. Las ecuaciones topológicas incluyen ecuaciones compuestas por según las leyes de Kirchhoff.