1.1. Kétpólusok

2014.08.26 17:19


A villamos áramkör, hálózat attól függően, hogy milyen áramköri elemeket tartalmaz, lehet: 

•  aktív áramkör (aktív áramköri elemeket is tartalmaz); 

•  passzív áramkör (csak passzív áramköri elemek fordulnak elő benne); 

•  lineáris áramkör (a benne szereplő elemek csak lineárisak); 

•  nemlineáris áramkör (nemlineáris áramköri elemet istartalmaz). 

 

Nemlineáris áramköri elemek

Azok az áramköri elemek, melynek feszültsége és árama között nemlineáris kapcsolat észlelhető (izzólámpa, dióda) 

 

Passzív áramköri elem

 

Azok az elemek, melynek helyettesítő képében nem található sem áramgenerátor, sem feszültséggenerátor (például ellenállás). 

 

Aktív áramköri elemek

 

Azok az elemek, melynek helyettesítő képében feszültség- vagy áramgenerátor megtalálható (például a tranzisztor). 

 

Lineáris áramköri elemek

 

A lineáris áramköri elemek jellemzői, hogy állandósult állapotban a rajtuk átfolyó áram és a kapcsaikon esett feszültség viszonyát lineáris függvény írja le (kondenzátor, ellenállás). 

 

Kétpólusok

A kétpólus egy olyan villamos áramkör, hálózat, amely két csatlakozóponttal rendelkezik 

 

A kétpólusok típusai

 

A kétpólusokat a benne szereplő áramköri elemek szerint csoportosíthatjuk, így lehetnek: 

•  aktív kétpólusok: energiát leadni képes kétpólus 

•  passzív kétpólusok: energiát csak felvenni képes 

•  lineáris kétpólusok: jellemzőjük, hogy állandósult állapotban a rajtuk átfolyó áram és a rajtuk esett feszültség viszonyát lineáris függvény írja le (kondenzátor, ellenállás); 

•  frekvenciafüggetlen lineáris passzív kétpólus: ohmos ellenállás, energiát fogyaszt. 

•  frekvenciafüggő lineáris passzív kétpólus: energiát tárol, kapacitás és induktivitás, mindkettő 

ellenállása a frekvencia függvényében változó, reaktáns elemeknek nevezzük. 

•  nemlineáris kétpólusok: azok a kétpólusok, melyeknek a feszültsége és árama között nemlineáris kapcsolat észlelhető (izzólámpa, dióda). 

A passzív kétpólusok jellemzői (impedancia, admittancia, fázisszög, helyettesítő kép)

A kétpólusok akkor tekinthetőek meghatározottnak, ha két jellemzője ismert. Ez a két adat általában a kapcsokon mérhető feszültség és az eredő ellenállásán átfolyó áram. A kétpólust jellemezhetjük a karakterisztikájával, amely nem más, mint a feszültség-áram jelleggörbe (I = f(U)).

 

A passzív kétpólusok

A passzív kétpólusok, felépítésük szerint tartalmazhatnak: 

•  ellenállást, 

•  induktivitást (tekercset), 

•  kapacitást (kondenzátort). 

A passzív kétpólusok függvényeit megszerkeszthetjük, ha ábrázoljuk különböző feszültség esetén a rajtuk átfolyó áramot, és ezt ábrázoljuk koordinátarendszerben. Az ellenállás, induktivitás és kapacitás esetén a kapott függvény egy egyenes, amely keresztül megy az origón. 

 

Passzív kétpólusok helyettesítő képe

Egy kétpólus helyettesítő képének azt a legegyszerűbb, legkevesebb áramköri elemből felépített kapcsolást nevezzük, amelynek karakterisztikája megegyezik a helyettesítendő kétpólus karakterisztikájával. Egy passzív kétpólus helyettesítő képe az az impedancia, melynek abszolút értéke (nagysága) és fázistolása (fázisszöge) megegyezik a helyettesítendő (eredeti) kétpólus impedanciájával. 

 

Homogén elemekből felépített kétpólus helyettesítő képe egyetlen passzív áramköri elemből áll. Így pl.ha csak ellenállásokból áll a kétpólus, akkor annak helyettesítő képe egy ellenállás, amely eredő ellenállásnak nevezhető. Különböző típusú áramköri elemekből felépített kétpólusok helyettesítő képe, adott frekvencián, egy olyan - legfeljebb két áramköri elemet tartalmazó - kapcsolás, melynek vektorábrája megegyezik a helyettesítendő kétpóluséval. 

 

Különböző típusú elemekből felépített passzív kétpólus helyettesítő képe és vektorábrája 

A helyettesítő kép előállításának lépései: 

•  megszerkesztjük a kapcsolás vektorábráját és előállítjuk az impedancia vagy admittancia háromszöget; 

•  meghatározzuk, hogy az áramkör induktív, vagy kapacitív jellegő; 

•  helyettesíthetjük soros R-L, soros R-C, párhuzamos R-L vagy párhuzamos R-C taggal; 

•  meghatározhatjuk a C vagy L értékét. 

A rezonanciafrekvencia esetén a kapcsolás csak ohmos taggal rendelkezik, hiszen XL= XC

 

Az aktív kétpólusok helyettesítő képe

 

Bármely villamos hálózat két pontja között helyettesíthető egy olyan elemi kétpólussal, amelynek karakterisztikája azonos a helyettesítendő kétpólus karakterisztikájával. 

Az aktív kétpólusok helyettesítő képének meghatározására a Thevenin és a Norton tételt használhatjuk. 

 

Thevenin tétele 

Bármely villamos hálózat két pontja között helyettesíthető egy valóságos feszültséggenerátorral; az ilyen helyettesítő kapcsolást Thevenin helyettesítő képnek nevezzük. 

Norton tétele

Bármely villamos hálózat két pontja között helyettesíthető egy valóságos áramgenerátorral; az ilyen helyettesítő kapcsolást Norton helyettesítő képnek nevezzük.

 

A jelleggörbék jól szemléltetik az aktív, vagyis generátor jellegű valamint passzív, vagyis fogyasztó jellegű négypólusok közötti különbségeket.

A generátorok esetében, ha nő az áram akkor csökken a kapocsfeszültség, ezzel szemben a passzív, vagy fogyasztó jellegű kétpólusok esetében, ha nő a kétpóluson átfolyó áram, akkor nő a kapcsok között mérhető feszültség is.