Еквівалентна схема

Еквівалентна схема (схема заміщення, еквівалентна схема заміщення) - електрична схема, в якій всі реальні елементи замінені максимально близькими по функціональності ланцюгами з ідеальних елементів.


1. Необхідність еквівалентних схем

Одним з основних завдань електроніки є розрахунок електричних схем, тобто отримання детальної кількісної інформації про процеси, що відбуваються в цій схемі. Однак розрахувати довільну схему, що складається з реальних електронних компонент, практично неможливо. Заважає розрахунком ту обставину, що попросту не існує методик математичного опису поведінки реальних електронних компонент (наприклад, транзистора) як єдиного цілого. Маються значення окремих параметрів і експериментально зняті залежності, але зв'язати їх в єдину точну формулу, повністю описує поведінку компоненти, в більшості випадків не представляється можливим.

З іншого боку, винятково простим математичним апаратом описуються ідеалізовані базові елементи електронних схем (наприклад, ідеальний резистор). Однак вони не існують в реальному світі. Так, будь резистор має безліч паразитних параметрів: індуктивність, ємність, температурні залежності і т.п.

Введення поняття еквівалентна схема дозволяє "зв'язати" світ реальних компонент і світ їх ідеальних наближень. Еквівалентна схема являє собою ланцюг тільки з ідеальних компонент, яка функціонує приблизно також, як і вихідна схема. У еквівалентній схемою можуть бути відображені, при необхідності, різні паразитні ефекти: витоку, внутрішні опору і т.д. Еквівалентна схема може складатися як для одного елемента, так і для складного ланцюга.


2. Ідеальні елементи

В еквівалентних схемах використовуються перераховані нижче ідеальні елементи. Передбачається також, що геометричні розміри еквівалентної схеми настільки малі, що які-небудь ефекти довгих ліній відсутні, тобто еквівалентна схема розглядається як система з зосередженими параметрами.


3. Складання еквівалентних схем

4. Неоднозначність

Для будь-якої електричної схеми можна скласти скільки завгодно різних еквівалентних схем - кількість їх обмежується тільки міркуваннями доцільності. Для однієї схеми є сенс складати декілька еквівалентних схем з наступних причин:

  • Облік різних ефектів. Еквівалентна схема складається тим чи іншим чином в залежності від того, які ефекти ми хочемо з її допомогою описати. Наприклад, для знаходження робочої точки по постійному струму потрібно одна еквівалентна схема, а для розрахунку АЧХ - зовсім інша.
  • Поетапне спрощення. У процесі розрахунку схеми доцільно замінювати її складні ділянки простими еквівалентними ланцюгами. Наприклад, ланцюг з послідовно включених резисторів можна замінити одним резистором з сумарним опором. В отриманій спрощеною схемою можна знову застосувати деяку заміну і т.д.

5. Обмеження

Еквівалентна схема є лінійною системою, тому нелінійні ефекти реальних схем не можуть бути змодельовані шляхом складання еквівалентних схем.

Частковим виходом з цієї скрути є розгляд нелінійної системи в малосигнальної наближенні для конкретної робочої точки, при цьому нелінійні ефекти малі і ними можна знехтувати. Даний підхід дозволяє не описати нелінійні ефекти, а всього лише обмежитися випадком, коли вони пренебрежимо малі.

Еквівалентна схема не може абсолютно точно відповідати реальній схемі внаслідок величезного числа розподілених паразитних ефектів в останній. Однак це й не потрібно: еквівалентна схема складається з достатньою для конкретної задачі деталізацією.


Література

  • Безсонов Л. А. Теоретичні основи електротехніки. Електричні ланцюги. - М.: Вища школа, 1996. - 224 с .. - ISBN 5-8297-0159-6