Was ist ein reiner induktiver Schaltkreis und ein reiner Widerstandsschaltkreis?

Reine Induktivitätsschaltung und reine Widerstandsschaltung sind zwei grundlegende Schaltungsmodelle, die jeweils den idealen Fall nur von Induktivitäts- oder nur von Widerstandselementen in der Schaltung darstellen. Im Folgenden werden die beiden Schaltungsmodelle und ihre Eigenschaften beschrieben:

Reine Widerstandsschaltung

Definition

Eine reine Widerstandsschaltung ist eine Schaltung, die nur Widerstandselemente (R) enthält und keine anderen Arten von Bauteilen (wie Induktivitäten L oder Kondensatoren C). Widerstandselemente werden verwendet, um den Teil der Schaltung zu repräsentieren, an dem Energie verloren geht, beispielsweise durch Wärmeerzeugung.

Eigenschaften

• Spannung und Strom in Phase: In einer reinen Widerstandsschaltung sind Spannung und Strom in Phase, das heißt, die Phasendifferenz zwischen ihnen beträgt 0°.

• Ohmsches Gesetz: Das Verhältnis zwischen Spannung (U) und Strom (I) folgt dem Ohmschen Gesetz, d.h. U=I×R, wobei R der Widerstand des Widerstands ist.

• Energieverbrauch: Das Widerstandselement verbraucht elektrische Energie und wandelt sie in Wärmeenergie um, berechnet durch die Leistung P=U×I oder P= U²/R oder P=I²×R.
  

Anwendung

• Heizelement: Widerstandselemente sind in Heizgeräten sehr verbreitet, wie zum Beispiel in elektrischen Wasserkochern, Bügeleisen usw.

• Strombegrenzungselement: Als Strombegrenzungselement in einer Schaltung verwendet, um zu verhindern, dass ein zu hoher Strom andere Komponenten beschädigt.

• Spannungsabteiler: In einem Spannungsabteilerschaltung wird ein Widerstand verwendet, um die Spannung proportional zu verteilen.

Reine Induktivitätsschaltung

Definition

Eine reine Induktivitätsschaltung ist eine Schaltung, die nur induktive Elemente (L) enthält und keine anderen Arten von Bauteilen. Ein Induktor repräsentiert den Teil der Schaltung, der magnetische Feldenergie speichert und besteht in der Regel aus gewickelten Spulen.

Eigenschaften

• Spannung führt Strom um 90°: In einer reinen Induktivitätsschaltung liegt die Spannung 90° vor dem Strom (oder +90° Phasenverschiebung).

• Induktive Blindwiderstand: Die blockierende Wirkung des induktiven Elements auf Wechselstrom wird als induktiver Blindwiderstand (XL) bezeichnet, und seine Größe ist proportional zur Frequenz, die Berechnungsformel lautet

XL=2πfL, wobei f die Frequenz des Wechselstroms und L der Induktivitätswert des Induktors ist.

• Blindleistung: Induktive Elemente verbrauchen keine Energie, sondern speichern Energie im Magnetfeld und geben sie im nächsten Zyklus wieder ab, daher gibt es in der induktiven Schaltung Blindleistung (Q), aber keinen tatsächlichen Energieverbrauch.

Anwendung

• Filter: Induktoren werden oft in Filtern, insbesondere in Tiefpassfiltern, verwendet, um den Durchgang von Hochfrequenzsignalen zu blockieren.

• Ballast: In Leuchtstofflampenschaltungen werden Induktoren als Ballast verwendet, um den Strom zu begrenzen und die notwendige Anfangsspannung bereitzustellen.

• Resonanzschaltung: Wenn mit kapazitiven Bauteilen kombiniert, können Induktoren LC-Oszillatorschaltungen bilden, um Oszillationssignale einer bestimmten Frequenz zu erzeugen.

Zusammenfassung

• Reine Widerstandsschaltung: charakterisiert durch Spannung und Strom in Phase, folgt dem Ohmschen Gesetz, Energie wird auf dem Widerstand verbraucht und in Wärme umgewandelt.

• Reine Induktivitätsschaltung: charakterisiert durch Spannung, die den Strom um 90° vorausläuft, induktiver Blindwiderstand, Energie wird im Magnetfeld gespeichert und im nächsten Zyklus freigesetzt, kein Energieverbrauch.

In praktischen Anwendungen treten reine Widerstand- oder Induktivitätsschaltungen selten auf, und häufig sind mehrere Bauteile in der Schaltung kombiniert, aber das Verständnis dieser beiden grundlegenden Schaltungsmodelle hilft, komplexere Schaltungen zu analysieren und zu entwerfen.