Topologi Sirkuit—Konsep Dasar

Rangkaian listrik adalah sekumpulan perangkat (elemen) dan kabel penghubungnya yang melaluinya arus listrik dapat mengalir. Semua elemen sirkuit listrik berbagi dalam pasif dan aktif.

Elemen aktif mengubah berbagai jenis energi (mekanik, kimia, cahaya, dll.) Menjadi energi listrik. Pada perangkat pasif, energi listrik diubah menjadi jenis energi lainnya. Elemen aktif disebut sumber, elemen pasif disebut konsumen atau penerima.

Dalam teori sirkuit, model elemen listrik yang diidealkan dipertimbangkan. Ini membuat deskripsi elemen sesederhana mungkin. Lebih kompleks, elemen nyata dimodelkan dari sekumpulan elemen ideal.

Elemen pasif utama dari rangkaian listrik adalah resistor (elemen resistif), induktor (elemen induktif) dan kapasitor (elemen kapasitif). Elemen dipasang di sirkuit listrik untuk menghasilkan tegangan dan arus dengan nilai dan bentuk tertentu (lihat — Rangkaian listrik dan elemennya).

Sirkuit listrik terdiri dari cabang dan simpul. Cabang — ini adalah bagian dari sirkuit listrik (sirkuit) yang dilalui arus yang sama. Sebuah simpul — koneksi dari tiga cabang atau lebih. Pada diagram kelistrikan, simpul ditunjukkan dengan titik (Gbr. 1).

Beras. 1. Tentukan node dalam diagram

Jika perlu, simpul diagram diberi nomor dari kiri ke kanan dari atas ke bawah.

Dalam gambar. 2 menunjukkan cabang resistif-kapasitif di mana arus iC mengalir.

Beras. 2. Cabang resistif-kapasitif

Definisi lain dari cabang dapat diberikan — ini adalah bagian dari sirkuit antara dua node yang berdekatan (node ​​(1) dan (2) pada Gambar 2).

Rantai Apakah ada jalur tertutup di sirkuit listrik. Sirkuit dapat ditutup oleh cabang apa pun, termasuk cabang bersyarat yang hambatannya sama dengan tak terhingga.

Dalam gambar. 3 menunjukkan rangkaian listrik bercabang yang terdiri dari tiga cabang.

Beras. 3. Rangkaian listrik dengan dua rangkaian

Diagram menunjukkan tiga sirkuit, dan sirkuit I ditutup oleh cabang dengan resistansi tak terbatas. Cabang ini diindikasikan sebagai tegangan tiLC.

Untuk rangkaian Gambar. 3 dimungkinkan untuk membuat banyak loop yang ditutup oleh cabang nyata atau bersyarat, tetapi untuk perhitungan gangguan listrik konsep «loop independen» digunakan. Jumlah loop sirkuit independen selalu ditetapkan sebagai minimum yang diperlukan untuk perhitungan.

Sirkuit independen selalu tertutup, tetapi cabang yang memiliki resistansi tidak sama dengan tak terhingga, dan setiap sirkuit independen mencakup setidaknya satu cabang yang tidak termasuk dalam sirkuit lain. Untuk rangkaian listrik yang kompleks, Anda dapat menentukan jumlah rangkaian independen menggunakan diagram rangkaian.

Pada diagram sirkuit representasi bersyarat dari sirkuit disebut, di mana setiap cabang digantikan oleh segmen garis. Item di cabang tidak ditampilkan. Misalnya, pada Gambar. 4 menunjukkan rangkaian cabang dan diagramnya.

Beras. 4. Rangkaian listrik bercabang: a — diagram rangkaian, b — diagram

Untuk membuat diagram diagram, Anda harus menghubungkan node dengan garis cabang tanpa menentukan elemen di atasnya. Cabang diberi nomor, dan arah arus di atasnya ditunjukkan dengan panah. Grafik itu sendiri tidak memiliki arti fisik, tetapi dapat digunakan untuk menentukan jumlah dan jenis kontur independen. Untuk tujuan ini, "pohon grafik" disiapkan.

Pohon grafis Ini mewakili grafik sirkuit yang simpulnya dihubungkan oleh cabang sedemikian rupa sehingga tidak ada hasil loop tertutup. Mungkin ada beberapa opsi untuk menampilkan pohon grafis. Dalam gambar. 5 menunjukkan dua opsi yang mungkin untuk sirkuit dari Gambar. 4.

Beras. 5. Pohon grafis skema

Jumlah cabang yang hilang di pohon grafik sama dengan jumlah loop independen dari rangkaian. Dalam contoh, ini adalah tiga cabang, tiga loop independen. Konfigurasi loop independen dapat diperoleh dengan menghubungkan secara berurutan simpul-simpul pohon graf dengan cabang-cabang yang tidak ditentukan pada pohon graf. Misalnya, untuk pohon grafik pada Gambar. 5, dan kontur independen ditunjukkan pada gambar. 6.

Beras. 6. Menentukan kontur independen melalui pohon graf

Pemilihan opsi untuk mengonfigurasi sirkuit independen untuk menghitung sirkuit dilakukan selama analisis sirkuit. Anda harus memilih kontur sedemikian rupa sehingga perhitungannya sesederhana mungkin, mis. jumlah persamaan dependen dalam sistem minimal.

Persamaan topologi menetapkan hubungan antara tegangan dan arus dalam suatu rangkaian, dan jumlah serta jenis persamaan tidak bergantung pada elemen mana yang termasuk dalam cabang. Persamaan topologi termasuk persamaan yang terdiri dari menurut hukum Kirchhoff.