В электротехнике эквивалентная схема относится к теоретической схеме , которая сохраняет все электрические характеристики данной цепи. Часто ищут эквивалентную схему, которая упрощает расчет и, в более широком смысле, представляет собой простейшую форму более сложной схемы, чтобы облегчить анализ . [1] В своей наиболее распространенной форме эквивалентная схема состоит из линейных пассивных элементов . Однако используются более сложные эквивалентные схемы, которые также аппроксимируют нелинейное поведение исходной схемы. Эти более сложные схемы часто называют макромоделями исходной схемы. Примером макромодели является схема Бойля для операционного усилителя 741 . [2]
Одно из самых удивительных свойств теории линейных цепей связано с возможностью рассматривать любую двухполюсную цепь, независимо от ее сложности, как источник и импеданс, которые имеют одну из двух простых эквивалентных форм схемы: [1] [3]
Однако одиночный импеданс может иметь произвольную сложность (в зависимости от частоты) и не сводиться к более простой форме.
В линейных схемах из-за принципа суперпозиции выходной сигнал схемы равен сумме выходного сигнала только источников постоянного тока и выходного сигнала только источников переменного тока. Поэтому реакция цепи на постоянный и переменный ток часто анализируется независимо, используя отдельные эквивалентные схемы постоянного и переменного тока, которые имеют тот же отклик, что и исходная схема, на постоянный и переменный токи соответственно. Составной ответ рассчитывается путем сложения ответов постоянного и переменного тока:
Этот метод часто распространяется на нелинейные схемы со слабым сигналом, такие как ламповые и транзисторные схемы, путем линеаризации схемы относительно точки Q-точки смещения постоянного тока с использованием эквивалентной схемы переменного тока, созданной путем расчета эквивалентного сопротивления переменному току для слабого сигнала нелинейных компонентов в точке точка смещения.
Линейные четырехполюсники, в которых сигнал подается на одну пару клемм, а выход снимается с другой, часто моделируются как двухполюсники . Их можно представить в виде простых эквивалентных схем импедансов и зависимых источников. Чтобы анализировать сеть с двумя портами, токи, приложенные к цепи, должны удовлетворять условию порта : ток, входящий в одну клемму порта, должен быть равен току, выходящему из другой клеммы порта. [4] Путем линеаризации нелинейной схемы относительно ее рабочей точки можно создать такое двухпортовое представление для транзисторов: см. гибридные схемы с пи и h-параметрами .
В трехфазных цепях питания трехфазные источники и нагрузки могут быть подключены двумя разными способами: соединением «треугольник» и соединением «звезда». При анализе схем иногда упрощается преобразование между эквивалентными схемами «звезда» и «треугольник». Это можно сделать с помощью преобразования «звезда-дельта» .
Эквивалентные схемы могут использоваться для электрического описания и моделирования либо а) непрерывных материалов или биологических систем, в которых ток фактически не течет в определенных цепях, либо б) распределенных реактивных сопротивлений, например, обнаруженных в электрических линиях или обмотках, которые не представляют собой фактические дискретные компоненты. . [5] Например, клеточную мембрану можно смоделировать как емкость (т. е. липидный бислой ) параллельно с комбинацией сопротивления и источника напряжения постоянного тока (т. е. ионные каналы , питаемые ионным градиентом на мембране ).