Elektriese kragnetwerk

'n Elektriese kragnetwerk is 'n tussenverbinding van elektriese komponente (bv. batterye, resistors, induktors, kapasitors en skakelaars) of 'n model van so 'n tussenverbinding wat bestaan uit elektriese elemente (bv. spanningsbronne, stroombronne, weerstande, induktansies en kapasitansies). 'n Elektriese kring is 'n kragnetwerk wat bestaan uit 'n geslote lus wat 'n terugleibaan vir die stroom verskaf. Lineêre elektriese kragnetwerke, 'n spesiale tipe wat net uit bronne (spanning of stroom), lineêr gekonsentreerde elemente (resistors, kapasitors en induktors), en lineêr verspreide elemente (transmissielyne) bestaan, beskik oor die eienskap dat seine lineêr superponeerbaar is. Hulle word dus makliker deur middel van kragtige metodes van frekwensiedomeine soos die Laplace-transform wat GS-, WS- en oorgangsresponsie bepaal, ontleed.

'n Weerstandskring is 'n kring wat net resistors en ideale stroom- en spanningsbronne bevat. Ontleding van weerstandskringe is minder ingewikkeld as die ontleding van kringe met kapasitors en induktors. Indien die bronne konstante (GS) bronne is, is die resultaat 'n GS-kring.

'n Kragnetwerk wat aktiewe elektroniese komponente bevat is bekend as 'n elektroniese kring. Sulke kragnetwerke is gewoonlik nie-lineêr en vereis meer komplekse ontwerp- en ontledingshulpmiddels.

Klassifikasie

Deur passiwiteit

'n Aktiewe kragnetwerk is 'n kragnetwerk wat 'n aktiewe bron bevat – hetsy 'n spanningsbron of 'n stroombron.

'n Passiewe kragnetwerk is 'n kragnetwerk wat nie 'n aktiewe bron bevat nie.

Deur lineariteit

'n Kragnetwerk is lineêr as die seine daarvan die beginsel van superponering volg; andersins is dit nie-lineêr.

Klassifikasie van bronne

Bronne kan as onafhanklike bronne en afhanklike bronne geklassifiseer word.

Onafhanklik

'n Ideale onafhanklike bron handhaaf dieselfde spanning of stroom, ongeag van die ander elemente wat teenwoordig is in die kring. Die waarde daarvan is óf konstant (GS) óf sinusvormig (WS). Die sterkte van die spanning of stroom word nie deur enige variasie in die verbinde kragnetwerk verander nie.

Afhanklik

Afhanklike bronne hang af van 'n bepaalde element van die kring vir die lewering van krag of spanning of stroom, afhangende van die tipe bron wat dit is.

Elektriese wette

'n Hele paar elektriese wette is op alle elektriese kragnetwerke van toepassing. Dit sluit die volgende in:

• Die stroomwet van Kirchhoff: Die som van al die strome wat 'n nodus binnegaan is gelyk aan die som van al die strome wat die nodus verlaat.
• Die spanningswet van Kirchhoff: Die direkte som van die elektriese potensiaalverskille rondom 'n lus moet nul wees.
• Ohm se wet: Die spanning oor 'n resistor is gelyk aan die produk van die weerstand en die stroom wat daardeur vloei.
• Norton se stelling: 'n Kragnetwerk van spannings- of stroombronne en resistors is elektries gelykstaande aan 'n ideale stroombron parallel met 'n enkele resistor.
• Thévenin se stelling: 'n Kragnetwerk van spannings- of stroombronne en resistors is elektries gelykstaande aan 'n enkelspanningsbron in serie met 'n enkele resistor.
• Stelling van superponering: In 'n lineêre kragnetwerk met verskeie onafhanklike bronne is die responsie in 'n bepaalde tak, wanneer al die bronne gelyktydig inwerk, gelyk aan die lineêre som van die individuele responsies wat bereken word deur een onafhanklike bron op 'n slag te neem.

Ander meer komplekse wette mag nodig wees as die kragnetwerk nie-lineêre of reaktiewe komponente bevat. Nie-lineêre self-terugvoerende heterodinerende stelsels kan benader kan word. Die toepassing van hierdie wette kan lei tot 'n stel gelyktydige vergelykings wat óf algebraïes óf numeries opgelos kan word.

Ontwerpmetodes

Die ontwerp van 'n elektriese kring, hetsy analoog of digitaal, vereis dat elektriese ingenieurs die spannings en strome op alle plekke in die kring kan voorspel. Eenvoudige lineêre strome kan per hand ontleed word deur die kompleksegetal-teorie te gebruik. In meer komplekse gevalle kan die kring ontleed word deur middel van gespesialiseerde rekenaarprogramme of ramingstegnieke soos die stukgewys lineêre model.

Kringsimulasiesagteware soos HSPICE ('n analoë kringsimulator) en tale soos VHDL-AMS en verilog-AMS laat ingenieurs toe om kringe te ontwerp sonder die tyd, koste en foutrisiko wat betrokke is by die bou van kringprototipes.

Simulasiesagteware vir kragnetwerke

Meer komplekse kringe kan numeries met sagteware soos SPICE of GNUCAP, of simbolies met sagteware soos SapWin ontleed word.

Linearisering rondom werkpunt

Wanneer 'n nuwe kring teëgekom word probeer die sagteware eers om 'n bestendige oplossing te vind, d.w.s. een waar al die nodusse aan Kirchhoff se stroomwet voldoen en die spannings oor en deur elke element van die kring aan die spannings/stroomvergelykings wat daardie element bestuur, voldoen.

Sodra die bestendige oplossing gevind is, is die werkpunte van elke element in die kring bekend. Vir 'n klein seinontleding kan elke nie-lineêre element om sy werkpunt gelineariseer wees om die kleinsein-raming van die spannings en strome te kry. Ohm se Wet is hier toegepas. Die gevolglike lineêre kringmatriks kan met Gauss se eliminasie opgelos word.

Stukgewys lineêre benadering

Sagteware soos die PLECS-koppelvlak vir Simulink gebruik die stukgewys lineêre benadering van die vergelykings wat die elemente van 'n kring bestuur. Die kring word as 'n volledige lineêre kragnetwerk van ideale diodes beskou. Elke keer as 'n diode van aan na af of andersom skakel, verander die konfigurasie van die lineêre kragnetwerk. Die toevoeging van meer detail by die benadering van vergelykings verhoog die akkuraatheid asook die looptyd van die simulasie.