Was ist ein Ersatzschaltbild?
Eine Ersatzschaltung ist ein vereinfachtes Modell einer vorhandenen Schaltung, das die Analyse einer Originalschaltung erheblich vereinfacht. Jeder Schaltkreis hat ein Äquivalent für bestimmte Parameter wie Signalfrequenz, Komponententemperatur und andere Faktoren wie Wandlereingänge. Ursprüngliche Schaltungen können eine Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand und mehreren externen Widerständen aufweisen, während äquivalente Schaltungen bei der Gleichstromanalyse eine Spannungsquelle und ein einzelner Innenwiderstand oder der Nettowiderstand der Innen- und Außenwiderstände sind. Es gibt äquivalente Schaltkreise für alle Arten von Schaltkreisen mit allen Arten von Komponenten.
Die normale Batterie für die Taschenlampe ist für 1,5 Volt Gleichstrom (VDC) ausgelegt. Wenn die Batterie aufgebraucht ist, ändert sich ein Ersatzschaltbild so lange, bis die Batterie leer ist. Die ideale Spannungsquelle hat keinen Innenwiderstand und ist in Reihe mit einem ständig wachsenden Widerstand das Äquivalent einer realen 1,5-Volt-Batterie (V).
Transformatoren liefern Leistung über eine Sekundärwicklung, wenn Leistung in der Primärwicklung bereitgestellt wird. Die Transformator-Ersatzschaltung hilft bei der Erläuterung der detaillierten Eigenschaften des realen Transformators. Ein idealer Transformator verbraucht keine Energie, wenn die Sekundärwicklung nicht belastet ist, aber ein realer Transformator mit einer erregten Primärwicklung und einer getrennten Sekundärwicklung verbraucht immer noch Energie. Die äquivalente Transformatorschaltung zeigt aufgrund der Art der Kernverluste einen Parallelkernwiderstand oder einen Widerstand, der nicht vorhanden ist, aber von der Stromquelle gesehen werden kann. Eine Transformator-Ersatzschaltung hat einen idealen Transformator am Ausgang mit mehreren verteilten Induktivitäten, Kapazitäten und Widerständen am Eingang.
Äquivalenzschaltungen für Halbleiterschaltungen variieren in Abhängigkeit von Frequenz, Spannungspolarität und Signalamplitude. Die Diodenäquivalenzschaltung in Vorwärtsrichtung oder im leitenden Zustand ist eine Niederspannungsquelle in Reihe mit einem niedrigen Widerstand. Beispielsweise kann eine Siliziumdiode in Vorwärtsrichtung eine äquivalente 0,6-VDC-Spannungsquelle in Reihe mit einem 0,01-Ohm-Widerstand aufweisen.
Das Ersatzschaltbild für Motoren wird auch durch die Rotorumdrehungen pro Minute (RPM) und das Lastmoment bestimmt. Beispielsweise sieht ein Gleichstrommotor mit einem nicht rotierenden Rotor wie zwei Elektromagnete im Motoräquivalentschaltkreis aus. Bei 0 U / min zieht der Gleichstrommotor den meisten Strom. Wenn sich der Rotor drehen darf, steigt der verteilte Nettowiderstand des Motors in Richtung normaler Werte an, und die Motorleistung fällt auf normale Werte ab. Wenn ein Lastmoment angelegt wird, steigt die Motorstromaufnahme. Das Ersatzschaltbild des Induktionsmotors enthält einen Ersatzkernwiderstand und eine verteilte Induktivität, eine Kapazität und einen idealen Transformator, der die Ankerwicklung antreibt.