Circuite Electrice

Circuitele sunt prezente in foarte multe domenii tehnice: in sistemul electroenergetic, in calculatoare, in sistemele de telecomunicatii, in aparatura audio sau TV etc. Un circuit fizic este format prin interconectarea mai multor dispozitive electrice: rezistoare, bobine, condensatoare, diode, tranzistoare, amplificatoare operationale, baterii, transformatoare, motoare electrice, generatoare electrice si altele.

Teoria circuitelor foloseste relatii matematice care descriu comportarea electrica a acestor circuite fizice. Unui circuit fizic format din dispozitive electrice i se asociaza un circuit electric alcatuit din modele idealizate care se numesc elemente (ideale) de circuit. Un element de circuit modeleaza un singur fenomen fizic descris de o relatie matematica simpla intre tensiunile si curentii bornelor. Daca elementul are doua borne, este parcurs de curentul i(t) si are tensiunea u(t) intre borne atunci:

- rezistorul ideal caracterizat de relatia u(t)=Ri(t) modeleaza efectul rezistiv,

- bobina ideala caracterizata de relatia u(t)=Ldi(t)/dt modeleaza efectul inductiv,

- condesatorul ideal caracterizat de relatia i(t)=Cdu(t)/dt modeleaza efectul capacitiv,

unde u si i sunt functii de timpul t iar R, L si C sunt constante in raport cu u(t) si i(t).

Orice model (circuit electric), este o aproximatie a circuitului fizic. De exemplu o bobina realizata pe un tor de ferita (la care efectul inductiv predomina in raport cu cel rezistiv si cu cel capacitiv) se poate modela printr-o bobina ideala. Daca rezultatele teoretice obtinute in urma analizei circuitului electric corespund cu rezultatele practice obtinute in urma masuratorilor facute asupra circuitului fizic inseamna ca modelul este corect. Comportarea unui dispozitiv electric poate fi aproximata prin mai multe modele (scheme echivalente) in functie de conditiile de lucru (semnale mari sau semnale mici, gama de frecvente a semnalelor utilizate, gama temperaturilor de functionare etc.). De exemplu un tranzistor bipolar are modele diferite pentru semnale mari sau semnale mici si pentru frecvente de ordinul kilohertzilor sau megahertzilor.

Fenomenele electromagnetice se propaga cu o viteza aproximativ egala cu viteza luminii in vid c=3 108 m/s. Fie un semnal sinusoidal s(t,x)=Asin2pf(t-x/c) de frecventa f care se propaga cu viteza c dupa directia x. Propagarea dupa directia celei mai mari dimensiuni dmax a circuitului fizic introduce o intarziere Dt=dmax/c. Daca Dt este neglijabil fata de cea mai mica perioada Tmin=1/fmax (fmax -frecventa maxima) a unui semnal de interes practic, este evident ca efectul de propagare poate fi neglijat. In acest caz se poate considera ca semnalele se propaga instantaneu (cu viteza infinita) si un astfel de model se numeste circuit electric cu parametri concentrati. Conditia Dt<<1/fmax este echivalenta cu dmax<<lmin unde lmin=c/fmax este lungimea de unda corespunzatoare frecventei maxime de interes practic. Daca efectul de propagare nu se poate neglija (dmax nu se poate neglija fata de lmin) circuitul fizic se modeleaza cu un circuit electric cu parametri distribuiti. Intr-un circuit cu parametri distribuiti curentii si tensiunile sunt functii de timp si de variabile spatiale; comportarea circuitului este influentata de pozitia relativa a dispozitivelor electrice. Intr-un circuit cu parametri concentrati, admitand ca propagarea se face instantaneu, curentii si tensiunile sunt functii numai de timp nu si de variabile spatiale; un astfel de model nu tine seama de pozitia relativa a dispozitivelor electrice. Fiind mai simplu, modelul de circuit cu parametri concentrati este de preferat atunci cand poate fi utilizat.