Elektrische Elemente sind Begriffsabstraktionen, die vertreten, hat elektrische Bestandteile, wie Widerstände, Kondensatoren und Induktoren idealisiert, die in der Analyse von elektrischen Netzen verwendet sind. Jedes elektrische Netz kann als vielfach analysiert werden, hat elektrische Elemente in einem schematischen Diagramm oder Stromkreis-Diagramm miteinander verbunden, von denen jeder die Stromspannung im Netz oder Strom durch das Netz betrifft. Diese idealen elektrischen Elemente vertreten echte, physische elektrische oder elektronische Bestandteile, aber sie bestehen physisch nicht, und, wie man annimmt, haben sie ideale Eigenschaften gemäß einem zusammengelegten Element-Modell, während Bestandteile Gegenstände mit weniger sind als ideale Eigenschaften, ein Grad der Unklarheit in ihren Werten und etwas Grad der Nichtlinearität, von denen jeder eine Kombination von vielfachen elektrischen Elementen verlangen kann, um seiner Funktion näher zu kommen.

Die Stromkreis-Analyse mit elektrischen Elementen ist nützlich, um viele praktische elektrische Netze mit Bestandteilen zu verstehen. Durch das Analysieren des Weges wird ein Netz durch seine individuellen Elemente betroffen, die es möglich ist zu schätzen, wie sich ein echtes Netz benehmen wird.

Ein-Hafen-Elemente

Nur neun Typen des Elements (memristor nicht eingeschlossen), fünf passive und vier aktive, sind erforderlich, jeden elektrischen Bestandteil oder Stromkreis zu modellieren. Jedes Element wird durch eine Beziehung zwischen den Zustandsgrößen des Netzes definiert: Strom; Stromspannung, Anklage; und magnetischer Fluss.

• Zwei Quellen:
• Aktuelle Quelle, die in Ampere gemessen ist - erzeugt einen Strom in einem Leiter. Betrifft Anklage gemäß der Beziehung.
• Stromspannungsquelle, die in Volt gemessen ist - erzeugt einen potenziellen Unterschied zwischen zwei Punkten. Betrifft magnetischen Fluss gemäß der Beziehung.

:: in dieser Beziehung vertritt nichts physisch Bedeutungsvolles notwendigerweise. Im Fall vom aktuellen Generator, die des Stroms integrierte Zeit, vertritt die Menge der elektrischen durch den Generator physisch gelieferten Anklage. Hier ist die Zeit, die der Stromspannung integriert ist, aber ob das eine physische Menge vertritt, hängt von der Natur der Stromspannungsquelle ab. Für eine durch die magnetische Induktion erzeugte Stromspannung ist es bedeutungsvoll, aber für eine elektrochemische Quelle, oder wird eine Stromspannung, die die Produktion eines anderen Stromkreises, keine physische Bedeutung ist, ihm beigefügt.

• Drei passive Elemente:
• Widerstand, der in Ohm gemessen ist - erzeugt eine Stromspannung, die zum Strom proportional ist, der durch das Element fließt. Verbindet Stromspannung und Strom gemäß der Beziehung.
• Kapazität, die in Farad gemessen ist - erzeugt einen Strom, der zur Rate der Änderung der Stromspannung über das Element proportional ist. Verbindet Anklage und Stromspannung gemäß der Beziehung.
• Induktanz, die in henries gemessen ist - erzeugt den magnetischen Fluss, der zur Rate der Änderung des Stroms durch das Element proportional ist. Verbindet Fluss und Strom gemäß der Beziehung.
• Vier abstrakte aktive Elemente:
• Spannungsgesteuerte Stromspannungsquelle (VCVS) Erzeugt eine Stromspannung, die auf einer anderen Stromspannung in Bezug auf einen angegebenen Gewinn gestützt ist. (hat unendlichen Eingangsscheinwiderstand und Nullproduktionsscheinwiderstand).
• Spannungsgesteuerte aktuelle Quelle (VCCS) Erzeugt einen Strom, der auf einer Stromspannung in Bezug auf einen angegebenen Gewinn gestützt ist, verwendet, um Feldwirkungstransistoren und Vakuumtuben zu modellieren (hat unendlichen Eingangsscheinwiderstand und unendlichen Produktionsscheinwiderstand).
• Strom-kontrollierte Stromspannungsquelle (CCVS) Erzeugt eine Stromspannung, die auf einem Eingangsstrom in Bezug auf einen angegebenen Gewinn gestützt ist. (hat Nulleingangsscheinwiderstand und Nullproduktionsscheinwiderstand).
• Strom-kontrollierte aktuelle Quelle (CCCS) Erzeugt einen Strom, der auf einem Eingangsstrom und einem angegebenen Gewinn gestützt ist. Verwendet, um bipolar Verbindungspunkt-Transistoren zu modellieren. (Hat Nulleingangsscheinwiderstand und unendlichen Produktionsscheinwiderstand).

Nichtlineare Elemente

In Wirklichkeit sind alle Stromkreis-Elemente nichtlinear und können nur zum geradlinigen über eine bestimmte Reihe näher gekommen werden. Um die passiven Elemente mehr genau zu beschreiben, wird ihre bestimmende Beziehung statt der einfachen Proportionalität verwendet. Von irgendwelchen zwei der Stromkreis-Variablen gibt es sechs bestimmende Beziehungen, die gebildet werden können. Davon nimmt es an, dass es ein theoretisches viertes passives Element gibt, da es nur fünf Elemente insgesamt (nicht einschließlich der verschiedenen abhängigen Quellen) gefunden in der geradlinigen Netzanalyse gibt. Dieses zusätzliche Element wird memristor genannt. Es hat nur jede Bedeutung als ein zeitabhängiges nichtlineares Element; als ein zeitunabhängiges geradliniges Element nimmt es zu einem regelmäßigen Widerstand ab. Durch die bestimmenden Beziehungen der passiven Elemente wird gegeben;

• Widerstand: bestimmende Beziehung definiert als.
• Kapazität: bestimmende Beziehung definiert als.
• Induktanz: bestimmende Beziehung definiert als.
• Memristance: bestimmende Beziehung definiert als.

:where ist eine willkürliche Funktion von zwei Variablen.

In einigen speziellen Fällen vereinfacht die bestimmende Beziehung zu einer Funktion einer Variable. Das ist für alle geradlinigen Elemente der Fall, sondern auch zum Beispiel hat eine ideale Diode, die in Stromkreis-Theorie-Begriffen ein nichtlinearer Widerstand ist, eine bestimmende Beziehung der Form.

Das vierte passive Element, der memristor, wird von Leon Chua in einer 1971-Zeitung vorgeschlagen, aber ein physischer Bestandteil, der memristance demonstriert, wurde bis siebenunddreißig Jahre später nicht geschaffen. Es wurde am 30. April 2008 berichtet, dass ein Arbeiten memristor von einer Mannschaft an vom Wissenschaftler R. Stanley Williams geführten HP-Laboratorien entwickelt worden war. Mit dem Advent des memristor kann jede Paarung der vier Variablen jetzt verbunden sein. Obwohl memristors analoge Speicherelemente sind, sind sie im Stande, ein Bit des nichtflüchtigen Speichers zu versorgen. Sie können Anwendung in programmierbarer Logik, Signalverarbeitung, Nervennetzen und Regelsystemen unter anderen Feldern sehen. Weil memristors definitionsgemäß zeitverschieden sind, werden sie in Stromkreis-Modelle des geradlinigen Zeit-Invariant (LTI) nicht eingeschlossen.

Es gibt auch zwei spezielle nichtlineare Elemente, die manchmal in der Analyse verwendet werden, aber die nicht die ideale Kopie jedes echten Bestandteils sind:

• Nullator: definiert als
• Norator: Definiert als ein Element, das keine Beschränkungen der Stromspannung und des Stroms überhaupt legt.

Diese werden manchmal in Modellen von Bestandteilen mit mehr als zwei Terminals verwendet: Transistoren zum Beispiel.

Elemente mit zwei Anschlüssen

Der ganze obengenannte ist zwei-Terminals- oder Ein-Hafen-Elemente. Es gibt zwei lossless, passive, geradlinige Elemente mit zwei Anschlüssen, die normalerweise in die Netzanalyse eingeführt werden. Ihre bestimmenden Beziehungen in der Matrixnotation sind;

Transformator:

Gyrator:

Der Transformator stellt eine Stromspannung an einem Hafen zu einer Stromspannung an anderem in einem Verhältnis von n kartografisch dar. Der Strom zwischen demselben zwei Hafen wird durch 1/n kartografisch dargestellt. Der gyrator stellt andererseits eine Stromspannung an einem Hafen zu einem Strom am anderen kartografisch dar. Ebenfalls werden Ströme zu Stromspannungen kartografisch dargestellt. Die Menge r in der Matrix ist in Einheiten des Widerstands. Der gyrator ist ein notwendiges Element in der Analyse, weil es nicht gegenseitig ist. Netze, die von den grundlegenden geradlinigen Elementen nur gebaut sind, sind verpflichtet, gegenseitig zu sein, und können von sich so nicht verwendet werden, um ein nichtgegenseitiges System zu vertreten. Es ist jedoch nicht notwendig, sowohl den Transformator als auch gyrator zu haben. Zwei gyrators in der Kaskade sind zu einem Transformator gleichwertig, aber der Transformator wird gewöhnlich für die Bequemlichkeit behalten. Die Einführung des gyrator macht auch entweder Kapazität oder Induktanz unwesentlich, seitdem ein gyrator mit einem von diesen am Hafen 2 geendet hat, wird zu anderem am Hafen 1 gleichwertig sein. Jedoch werden Transformator, Kapazität und Induktanz normalerweise in der Analyse behalten, weil sie die idealen Eigenschaften des grundlegenden physischen Teiltransformators, Induktors und Kondensators wohingegen ein Müssen sind, als ein aktiver Stromkreis gebaut werden.

Beispiele

Der folgende ist Beispiele der Darstellung von Bestandteilen über elektrische Elemente.

• Auf einem ersten Grad der Annäherung wird eine Batterie von einer Stromspannungsquelle vertreten. Ein mehr raffiniertes Modell schließt auch einen Widerstand der Reihe nach mit der Stromspannungsquelle ein, um den inneren Widerstand der Batterie zu vertreten (der auf die Batterieheizung und das Stromspannungsfallen wenn im Gebrauch hinausläuft). Eine aktuelle Quelle in der Parallele kann hinzugefügt werden, um seine Leckage zu vertreten (der die Batterie im Laufe eines langen Zeitraumes der Zeit entlädt).
• Auf einem ersten Grad der Annäherung wird ein Widerstand durch einen Widerstand vertreten. Ein mehr raffiniertes Modell schließt auch eine Reihe-Induktanz ein, um die Effekten seiner Leitungsinduktanz zu vertreten (gebaute Widerstände, weil eine Spirale bedeutendere Induktanz hat). Eine Kapazität in der Parallele kann hinzugefügt werden, um die kapazitive Wirkung der Nähe des Widerstands zu vertreten, führt zu einander. Eine Leitung kann als ein geringwertiger Widerstand vertreten werden
• Aktuelle Quellen werden öfter verwendet, wenn sie Halbleiter vertreten. Zum Beispiel, auf einem ersten Grad der Annäherung, kann ein bipolar Transistor von einer variablen aktuellen Quelle vertreten werden, die vom Eingangsstrom kontrolliert wird.

Siehe auch

• Elektronischer Bestandteil
• Zusammengelegtes Element-Modell
• Verteiltes Element-Modell
• Übertragungslinie