Mikä on puhtaan induktiivisen piirin ja puhtaan vastuspiirin?

Puhtaan induktiivisen piirin ja puhtaan vastuspiirin ovat kaksi perustamallia, jotka edustavat ideaalista tapausta, jossa piirissä on vain induktiivisia tai vain vastuskomponentteja. Seuraavassa kuvataan nämä kaksi piirmallia ja niiden ominaisuudet:

Puhtaan Vastuspiiri

Määritelmä

Puhtaan vastuspiiri on piiri, joka sisältää vain vastuskomponentteja (R) eikä muita komponentteja (kuten induktoreita L tai kondensaattoreita C). Vastuselementit edustavat piirin osaa, jossa energia hukataan, kuten lämmön tuotannossa.

Erikoispiirre

• Jännite ja virta samassa vaiheessa: Puhtaan vastuspiirissä jännite ja virta ovat samassa vaiheessa, eli niiden vaiheen ero on 0°.

• Ohmin laki: Jännite (V) ja virta (I) noudattavat Ohmin lakia, eli V=I×R, missä R on vastuksen vastus.

• Tehonkulutus: Vastuselementti kuluttaa sähköenergiaa ja muuttaa sen lämpöenergiaksi, jota lasketaan teholla P=V×I tai P= V2/R tai P=I 2×R.
  

Käyttö

• Lämmitinosa: Vastuselementti on hyvin yleinen lämmityslaitteissa, kuten sähköisessä vedenlämmittimessä, sähkörauta jne.

• Virtarajoitusosa: Käytetään piirissä virtarajoituksena estääkseen liian suuren virran vahingoittamasta muita komponentteja.

• Jännitelajittelija: Vastuspiirissä vastus käytetään jännitteen jakamiseen suhteellisesti.

Puhtaan Induktioelementin Piiri

Määritelmä

Puhtaan induktioelementin piiri on piiri, joka sisältää vain induktioelementtejä (L) eikä muita komponentteja. Induktori edustaa piirin osaa, joka varastoilee magneettikentän energian ja on yleensä koostettu kyynärpäättyistä spiraaleista.

Erikoispiirre

• Jännite johtaa virtaa 90°: Puhtaan induktioelementin piirissä jännite on 90° eteenpäin virtaa (+90° vaiheen ero).

• Induktiovastus: Induktion elementin este vaikutus vaihtovirtaa kutsutaan induktiovastaukseksi (XL), ja sen koko on verrannollinen taajuuteen, laskemiskaava on

XL=2πfL, missä f on vaihtovirran taajuus ja L on induktorin induktiotarve.

• Reaktiivinen teho: Induktiokomponentit eivät kuluta energiaa, mutta ne varastoivat energiaa magneettikenttään ja vapauttavat sen seuraavalla kierroksella, joten induktiopiirissä on reaktiivista tehono (Q), mutta ei todellista energiaa kuluteta.

Käyttö

• Suodattimet: Induktorit käytetään usein suodattimissa, erityisesti matalavirrassuodattimissa, estääkseen korkeataajuisten signaalien läpimenon.

• Ballast: Fluoresventtilamppujen piireissä induktorit käytetään ballastina, rajoittaakseen virtaa ja tarjotakseen tarvittavan aloitusjännitteen.

• Resonanssipiiri: Käytettäessä kapasitiivisilla komponenteilla induktorit voivat muodostaa LC-värähtelypiirit tietylle taajuudelle tarkoitetun värähtelysignaalin luomiseksi.

Yhteenveto

• Puhtaan vastuspiiri: karakterisoituu jännitteellä ja virralla, jotka ovat samassa vaiheessa, noudattavat Ohmin lakia, energia kulutetaan vastuksessa, muuttuu lämpöenergiaksi.

• Puhtaan induktioelementin piiri: karakterisoituu jännitteellä, joka johtaa virtaa 90°, induktiovastuksella, energialla, joka varastoituu magneettikenttään ja vapautetaan seuraavalla kierroksella, ei energiaa kuluteta.

Käytännössä puhtaita vastus- tai induktiopiiereitä harvoin kohtaa, ja piireihin usein sisältyy useampi komponentti, mutta näiden kahden peruspiirmallin ymmärtäminen auttaa monimutkaisten piirien analysoinnissa ja suunnittelussa.