Классификация электрических цепей

В зависимости от количества выводов, которыми элемент подключается к электрической цепи различают двухполюсные цепи -двухполюсники (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые диоды), четырехполюсники (транзисторы, усилители, электрические фильтры, трансформаторы, фидеры) и многополюсники.

Изменение входных напряжений и токов обуславливает изменение токов и напряжений в других элементах электрической цепи в виде электромагнитной волны. В зависимости от соотношения длины волны и размеров конструкции различают цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Цепи, линейные размеры которых значительно меньше длины волны, считаются цепями с сосредоточенными параметрами. В таких электрических цепях сопротивления, емкости и индуктивности сосредоточены в отдельных элементах.

Цепи, линейные размеры которых соизмеримы с длиной волны или больше её, относятся к цепям с распределенными параметрами. В них сопротивление, емкость и индуктивность распределены по длине цепи.

В зависимости от реакции элементов электрической цепи на величину и направление тока или напряжения различают линейные, нелинейные и параметрические цепи.

Линейной называется электрическая цепь, в которой электрические сопротивления, индуктивности и емкости не зависят от значений токов и напряжений. В таких цепях и составляющих их элементах существует линейная зависимость между подведенным к цепи напряжением и проходящим через цепь током:

,

где k – коэффициент пропорциональности, k = const.

Вольт–амперная характеристика линейной цепи представляет собой прямую линию. Следствием линейности цепи, являются линейные интегродифференциальные уравнения, составленные по законам Кирхгофа.

Нелинейной называется электрическая цепь, электрические параметры которой зависят от величины и направления проходящего через нее тока или подведенного напряжения. Примеры: электронные лампы, полупроводниковые диоды, нелинейные резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности с сердечником и т.д. Вольт–амперная характеристика нелинейной цепи представляет собой кривую линию.

Параметрической называется электрическая цепь, параметры элементов которой изменяются во времени по определенному закону. Такие цепи состоят из нелинейных элементов, параметры которых изменяются с помощью управляющих колебаний, получаемых от вспомогательных источников. Поэтому параметрическая цепь является и нелинейной одновременно. Примеры: процессы модуляции, детектирования, преобразования спектра сигнала и т.д.

Необходимо особо подчеркнуть, что для линейных цепей справедлив принцип суперпозиции (нелинейные цепи закону суперпозиции не подчиняются).

Принцип суперпозиции (аддитивности): любая реакция линейной электрической цепи на сложное воздействие представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности.

Применительно к электрическим цепям это означает, что если в электрической цепи действует несколько источников энергии (воздействий), то результирующий ток (напряжение) равен алгебраической сумме токов (напряжений), вызванных каждым источником в отдельности. Принцип суперпозиции лежит в основе всех методов расчета линейных электрических цепей.

По признаку наличия или отсутствия источников электрической энергии различают активные и пассивные цепи.

Активная цепь – содержит внутренние источники энергии, например усилитель. Пассивная цепь – не содержит внутренних источников энергии, например цепь, состоящая только из пассивных элементов – резисторов, конденсаторов, индуктивных катушек.

Перечисленная классификация является в значительной степени условной и является удобной при теоретических исследованиях.