等效電路

等效電路電機工程及科學領域的名詞,是指可以表示一個電路所有(或大部份)特性的理論電路。通常等效電路的目的是為了簡化計算,而且為了幫助分析,常會將越複雜的電路設法以最簡單的型式表示[1]。最常見的等效電路是用線性被動元件所組成。不過為了要近似實際電路的非線性特性,也有一些複雜的等效電路。這些比較複雜的電路常稱為是原始電路的「巨模型」(macromodels),像是741運算放大器的Boyle電路[2]

例子编辑

戴维南及諾頓等效電路编辑

線性電路英语linear circuit理論中有個令人相當驚訝的性質:不管多麼複雜的線性雙埠電路,都可以用一個電壓源(或電流源)以及一個阻抗來表示,因此出現兩種簡單的等效電路型式[1][3]

不過這個阻抗可能相當複雜(例如本身是頻率的函數),而且不能化簡為較簡單的型式。

直流及交流等效電路编辑

在線性電路中,由於叠加原理,電路的輸出等於電路在直流源下的輸出,再加上電路在交流源下的輸出。因此可以分別分析電路的直流響應及交流響應,而在分析直流響應時, 可以只用電路的直流等效電路,其直流響應和原電路相同,在分析交流響應時也依類似方式處理。再將兩者的響應相加,即為合成的響應:

  • 直流等效電路可以將所有的電容器改為開路,電感器改為短路;將交流源調整為零(交流電壓源改為短路,交流電流源改為開路)。
  • 交流等效電路可以將所有的直流源調整為零(直流電壓源改為短路,直流電流源改為開路)。

此技巧可以延伸到非線性電路(如真空管或電晶體)的小信号模型,在其直流偏置工作點附近將電路線性化,利用電路在工作點附近的特性來計算小信號的交流等效模型。

二端口网络编辑

若是線性的四端子電路,信號由其中一對端子提供,用另外一對端子來輸出,此電路可以用[電[二端口网络]]來模擬。可以表示為由阻抗及相依電壓源或是電流源組成的簡單電路。若要用二端口网络來分析,其電流需要符合端口條件英语Port (circuit theory):流進端口一個端子的電流等於從端口另一個端子流出的電流[4]。利用非線性電路在工作點附近的小信号模型,可以用二端口网络來表示電晶體:例如混合pi英语hybrid-pi modelh參數電路。

Y-Δ電路编辑

 
Δ接及Y接電路

三相電電路中,三相電源及負載可以用兩種方式連結,一個是Δ接,另一個是Y接。在分析電路時,若將電路轉換為Y接(或Δ接)電路,可能可以簡化分析。這可以透過Y-Δ变换實現。

生物學编辑

等效電路可以用在生物學中,描述

  1. 連續物質或是生物的系統,其中不是真的有電流流過
  2. 分佈性的影響,類似電路中的導線或是繞組

例如细胞膜可以模擬成電容磷脂双分子层),再和电阻-直流电压源並聯(也就是由细胞膜兩端離子梯度驅動的离子通道

相關條目编辑

參考資料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Johnson, D.H. Origins of the equivalent circuit concept: the voltage-source equivalent (PDF). Proceedings of the IEEE. 2003a, 91 (4): 636–640 [2019-08-19]. doi:10.1109/JPROC.2003.811716. (原始内容 (PDF)存档于2017-08-13). 
  2. ^ Richard C. Dorf. The Electrical Engineering Handbook. New York: CRC Press. 1997. Fig. 27.4, p. 711. ISBN 978-0-8493-8574-2. 
  3. ^ Johnson, D.H. Origins of the equivalent circuit concept: the current-source equivalent (PDF). Proceedings of the IEEE. 2003b, 91 (5): 817–821 [2019-08-19]. doi:10.1109/JPROC.2003.811795. (原始内容 (PDF)存档于2017-08-12). 
  4. ^ P.R. Gray; P.J. Hurst; S.H. Lewis; R.G. Meyer. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits Fourth. New York: Wiley. 2001: §3.2, p. 172 [2019-08-19]. ISBN 978-0-471-32168-2. (原始内容存档于2009-02-19).