विद्युत तत्व

 विद्युत तत्व  वैचारिक अमूर्त हैं जो आदर्शित  विद्युत घटक  एस का प्रतिनिधित्व करते हैं<ref name="ThomasRosaToussaint_2016 जैसे कि   रोकनेवाला  एस,   कैपेसिटर  एस, और   प्रारंभ करनेवाला  एस,    विश्लेषण में उपयोग किया जाता है  [[ इलेक्ट्रिकल नेटवर्क  एस। सभी विद्युत नेटवर्क का विश्लेषण तारों द्वारा परस्पर जुड़े कई विद्युत तत्वों के रूप में किया जा सकता है। जहां तत्व मोटे तौर पर वास्तविक घटकों के अनुरूप होते हैं, प्रतिनिधित्व    योजनाबद्ध आरेख  या   सर्किट आरेख  के रूप में हो सकता है। इसे    लम्पेड-एलिमेंट सर्किट मॉडल  कहा जाता है। अन्य मामलों में,   वितरित-तत्व मॉडल  में नेटवर्क को मॉडल करने के लिए इन्फिनिटिमल तत्वों का उपयोग किया जाता है।

ये आदर्श विद्युत तत्व वास्तविक, भौतिक   इलेक्ट्रिकल या इलेक्ट्रॉनिक घटक  का प्रतिनिधित्व करते हैं, लेकिन वे शारीरिक रूप से मौजूद नहीं हैं और उन्हें आदर्श गुण माना जाता है, जबकि वास्तविक विद्युत घटकों में आदर्श गुणों से कम होता है, उनके मूल्यों में अनिश्चितता की डिग्री और एक डिग्री और उनके मूल्यों में अनिश्चितता की डिग्री होती है और कुछ हद तक गैर -हद तक। एक वास्तविक सर्किट घटक के गैर -व्यवहार व्यवहार को मॉडल करने के लिए इसके कार्य को अनुमानित करने के लिए कई आदर्श विद्युत तत्वों के संयोजन की आवश्यकता हो सकती है। उदाहरण के लिए, एक प्रारंभ करनेवाला सर्किट तत्व को इंडक्शन माना जाता है, लेकिन कोई प्रतिरोध या समाई नहीं है, जबकि एक वास्तविक प्रारंभ करनेवाला, तार का एक कॉइल, इसके अधिष्ठापन के अलावा कुछ प्रतिरोध है। यह एक प्रतिरोध के साथ श्रृंखला में एक आदर्श इंडक्शन तत्व द्वारा मॉडलिंग की जा सकती है।

इलेक्ट्रिक तत्वों का उपयोग करके सर्किट विश्लेषण घटकों का उपयोग करके कई व्यावहारिक विद्युत नेटवर्क को समझने के लिए उपयोगी है। जिस तरह से एक नेटवर्क अपने व्यक्तिगत तत्वों से प्रभावित होता है, उसका विश्लेषण करके यह अनुमान लगाना संभव है कि एक वास्तविक नेटवर्क कैसे व्यवहार करेगा।

प्रकार
सर्किट तत्वों को विभिन्न श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है।एक यह है कि उन्हें कितने टर्मिनलों को अन्य घटकों से जोड़ना है:
 *  '' एक-पोर्ट तत्व  ' – ये सबसे सरल घटकों का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिनके पास कनेक्ट करने के लिए केवल दो टर्मिनल हैं।उदाहरण प्रतिरोध, कैपेसिटेंस, इंडक्शन और डायोड हैं।
 *  '' मल्टीपोर्ट एलिमेंट्स  ' – इनमें दो से अधिक टर्मिनल हैं।वे   पोर्ट  एस नामक टर्मिनलों के कई जोड़े के माध्यम से बाहरी सर्किट से जुड़ते हैं।उदाहरण के लिए, तीन अलग-अलग वाइंडिंग वाले एक ट्रांसफार्मर में छह टर्मिनल होते हैं और इसे तीन-पोर्ट तत्व के रूप में आदर्श बनाया जा सकता है;प्रत्येक वाइंडिंग के सिरों को एक जोड़ी टर्मिनलों से जुड़ा होता है जो एक बंदरगाह का प्रतिनिधित्व करते हैं।
 *  '' दो-पोर्ट तत्व  ' – ये सबसे आम मल्टीपॉर्ट तत्व हैं, जिनमें दो बंदरगाहों से युक्त चार टर्मिनल हैं।

तत्वों को सक्रिय और निष्क्रिय में भी विभाजित किया जा सकता है:
 *   सक्रिय तत्व   या  '' स्रोत  ' – ये ऐसे तत्व हैं जो इलेक्ट्रिकल   पावर  का स्रोत बना सकते हैं;उदाहरण   वोल्टेज स्रोत  एस और   वर्तमान स्रोत  एस हैं।उनका उपयोग आदर्श    बैटरी  और    बिजली की आपूर्ति  का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जा सकता है।
 *  '' आश्रित स्रोत  ' – ये एक वोल्टेज या वर्तमान स्रोत के साथ दो-पोर्ट तत्व हैं जो टर्मिनलों की दूसरी जोड़ी पर वोल्टेज या वर्तमान के लिए आनुपातिक है।इनका उपयोग   के मॉडलिंग में किया जाता है,  घटक जैसे   ट्रांजिस्टर  एस,   वैक्यूम ट्यूब  एस, और   ओपी-एएमपी  एस।
 *  '' निष्क्रिय तत्व  ' – ये ऐसे तत्व हैं जिनमें ऊर्जा का स्रोत नहीं है, उदाहरण डायोड, प्रतिरोध, समाई और इंडक्शन हैं।

एक और अंतर रैखिक और nonlinear के बीच है:
 *  '' रैखिक तत्व  ' – ये ऐसे तत्व हैं जिनमें घटक संबंध, वोल्टेज और करंट के बीच संबंध,  रैखिक फ़ंक्शन  है।वे   सुपरपोजिशन सिद्धांत  का पालन करते हैं।रैखिक तत्वों के उदाहरण प्रतिरोध, कैपेसिटेंस, इंडक्शन और रैखिक आश्रित स्रोत हैं।केवल रैखिक तत्वों के साथ सर्किट,   रैखिक सर्किट  एस,   इंटरमॉड्यूलेशन विरूपण  का कारण नहीं है, और   लाप्लास ट्रांसफॉर्म  जैसी शक्तिशाली गणितीय तकनीकों के साथ आसानी से विश्लेषण किया जा सकता है।
 *  '' Nonlinear तत्व  ' – ये ऐसे तत्व हैं जिनमें वोल्टेज और करंट के बीच संबंध  नॉनलाइनियर फ़ंक्शन  है।एक उदाहरण एक डायोड है, जिसमें वर्तमान वोल्टेज का   घातीय फ़ंक्शन  है।नॉनलाइनियर तत्वों के साथ सर्किट विश्लेषण और डिजाइन के लिए कठिन होते हैं, अक्सर   सर्किट सिमुलेशन  कंप्यूटर प्रोग्राम जैसे   स्पाइस  की आवश्यकता होती है।

एक-पोर्ट तत्व
केवल नौ प्रकार के तत्व ( मेमेंडर  शामिल नहीं हैं), पांच निष्क्रिय और चार सक्रिय, किसी भी विद्युत घटक या सर्किट को मॉडल करने के लिए आवश्यक हैं  प्रत्येक तत्व को नेटवर्क के   राज्य चर  एस के बीच एक संबंध द्वारा परिभाषित किया गया है:    वर्तमान, $$I$$; voltage, $$V$$, charge, $$Q$$; and magnetic flux, $$\Phi$$।


 * दो स्रोत:
 * वर्तमान स्रोत,  एम्पीयर  एस में मापा गया - एक कंडक्टर में एक वर्तमान का उत्पादन करता है।संबंध के अनुसार चार्ज को प्रभावित करता है $$dQ = -I\,dt$$।
 * वोल्टेज स्रोत,  वोल्ट  एस में मापा गया - दो बिंदुओं के बीच   संभावित अंतर  का उत्पादन करता है।संबंध के अनुसार चुंबकीय प्रवाह को प्रभावित करता है $$d\Phi = V\,dt$$।
 * $$\Phi$$ in this relationship does not necessarily represent anything physically meaningful. In the case of the current generator, $$Q$$, the time integral of current, represents the quantity of electric charge physically delivered by the generator.  Here $$\Phi$$ वोल्टेज का समय अभिन्न है, लेकिन यह एक भौतिक मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है या नहीं, वोल्टेज स्रोत की प्रकृति पर निर्भर करता है।चुंबकीय प्रेरण द्वारा उत्पन्न एक वोल्टेज के लिए यह सार्थक है, लेकिन एक विद्युत रासायनिक स्रोत के लिए, या एक वोल्टेज जो किसी अन्य सर्किट का आउटपुट है, कोई भौतिक अर्थ इससे जुड़ा नहीं है।
 * ये दोनों तत्व आवश्यक रूप से गैर-रैखिक तत्व हैं।नीचे   देखें।


 * तीन   निष्क्रिय  तत्व:
 * प्रतिरोध $$R$$, measured in ohms – produces a voltage proportional to the current flowing through the element.  Relates voltage and current according to the relation $$dV = R\,dI$$।
 * कैपेसिटेंस $$C$$, measured in farads – produces a current proportional to the rate of change of voltage across the element.  Relates charge and voltage according to the relation $$dQ = C\,dV$$।
 * इंडक्शन $$L$$, measured in henries – produces the magnetic flux proportional to the rate of change of current through the element.  Relates flux and current according to the relation $$d\Phi = L\,dI$$।
 * चार अमूर्त सक्रिय तत्व:
 * वोल्टेज-नियंत्रित वोल्टेज स्रोत (VCVS) एक निर्दिष्ट लाभ के संबंध में एक और वोल्टेज के आधार पर एक वोल्टेज उत्पन्न करता है। (अनंत इनपुट   प्रतिबाधा  और शून्य आउटपुट प्रतिबाधा है)।
 * वोल्टेज-नियंत्रित वर्तमान स्रोत (VCCS) सर्किट में कहीं और एक वोल्टेज के आधार पर एक वर्तमान उत्पन्न करता है, एक निर्दिष्ट लाभ के संबंध में,  फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर  एस और   वैक्यूम ट्यूब  एस मॉडल के लिए उपयोग किया जाता है (इनपुट इनपुट प्रतिबाधा है) और अनंत आउटपुट प्रतिबाधा)। लाभ की विशेषता   ट्रांसफर कंडक्टेंस  है जिसमें    सीमेंस  की इकाइयाँ होंगी।
 * वर्तमान-नियंत्रित वोल्टेज स्रोत (CCVS) एक निर्दिष्ट लाभ के संबंध में सर्किट में कहीं और एक इनपुट वर्तमान के आधार पर एक वोल्टेज उत्पन्न करता है। (शून्य इनपुट प्रतिबाधा और शून्य आउटपुट प्रतिबाधा है)।  ट्रांसिटर  एस मॉडल के लिए उपयोग किया जाता है। लाभ की विशेषता   ट्रांसफर प्रतिबाधा  है जिसमें   ओम  एस की इकाइयाँ होंगी।
 * वर्तमान-नियंत्रित वर्तमान स्रोत (CCCS) एक इनपुट करंट और एक निर्दिष्ट लाभ के आधार पर एक वर्तमान उत्पन्न करता है।  द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर  एस मॉडल के लिए उपयोग किया जाता है। (शून्य इनपुट प्रतिबाधा और अनंत आउटपुट प्रतिबाधा है)।
 * ये चार तत्व   दो-पोर्ट तत्व  के उदाहरण हैं।

गैर-रैखिक तत्व
वास्तव में, सभी सर्किट घटक गैर-रैखिक होते हैं और केवल एक निश्चित सीमा पर रैखिक के लिए अनुमानित किया जा सकता है।निष्क्रिय तत्वों का अधिक वर्णन करने के लिए, उनके  संवैधानिक संबंध  का उपयोग सरल आनुपातिकता के बजाय किया जाता है।सर्किट चर के किसी भी दो से छह संवैधानिक संबंध हैं जो बन सकते हैं।इससे यह माना जाता है कि एक सैद्धांतिक चौथा निष्क्रिय तत्व है क्योंकि रैखिक नेटवर्क विश्लेषण में पाए जाने वाले कुल मिलाकर कुल पांच तत्व (विभिन्न आश्रित स्रोतों को शामिल नहीं करते हैं)।इस अतिरिक्त तत्व को   मेमेंडर  कहा जाता है।इसका केवल समय-निर्भर गैर-रैखिक तत्व के रूप में कोई अर्थ है;एक समय-स्वतंत्र रैखिक तत्व के रूप में यह एक नियमित अवरोधक को कम करता है।इसलिए, यह    रैखिक समय-अपरिवर्तनीय (LTI)  सर्किट मॉडल में शामिल नहीं है।निष्क्रिय तत्वों के संवैधानिक संबंध द्वारा दिए गए हैं


 * प्रतिरोध: संवैधानिक संबंध के रूप में परिभाषित किया गया $$f(V, I)=0$$।
 * समाई: संवैधानिक संबंध के रूप में परिभाषित किया गया $$f(V, Q)=0$$।
 * इंडक्शन: संवैधानिक संबंध के रूप में परिभाषित किया गया $$f(\Phi, I)=0$$।
 * यादगार: संवैधानिक संबंध के रूप में परिभाषित किया गया $$f(\Phi, Q)=0$$।


 * कहाँ पे $$f(x,y)$$ दो चर का एक मनमाना कार्य है।

कुछ विशेष मामलों में संवैधानिक संबंध एक चर के एक समारोह के लिए सरल करता है।यह सभी रैखिक तत्वों के लिए मामला है, लेकिन उदाहरण के लिए, एक आदर्श  डायोड, जो सर्किट सिद्धांत में एक गैर-रैखिक अवरोधक है, का रूप का एक संवैधानिक संबंध है $$ V = f(I)$$।दोनों स्वतंत्र वोल्टेज, और स्वतंत्र वर्तमान स्रोतों को इस परिभाषा के तहत गैर-रैखिक प्रतिरोध माना जा सकता है

चौथा निष्क्रिय तत्व, मेम्टर, 1971 के एक पेपर में  लियोन चुआ  द्वारा प्रस्तावित किया गया था, लेकिन एक भौतिक घटक जो यादगार प्रदर्शन का प्रदर्शन करता है, वह सैंतीस साल बाद तक नहीं बनाया गया था।यह 30 अप्रैल, 2008 को बताया गया था कि एक कार्यशील मेमिस्टर को   एचपी लैब्स  में एक टीम द्वारा विकसित किया गया था, जिसका नेतृत्व वैज्ञानिक   आर। स्टेनली विलियम्स  ने किया था     मेम्टर के आगमन के साथ, चार चर की प्रत्येक जोड़ी अब संबंधित हो सकती है।

दो विशेष गैर-रैखिक तत्व भी हैं जो कभी-कभी विश्लेषण में उपयोग किए जाते हैं लेकिन जो किसी भी वास्तविक घटक के आदर्श समकक्ष नहीं हैं:


 * नलक : के रूप में परिभाषित किया गया $$ V = I = 0 $$
 * नॉरटोर : एक तत्व के रूप में परिभाषित किया गया है जो वोल्टेज और वर्तमान पर कोई प्रतिबंध नहीं रखता है।

इन्हें कभी -कभी दो से अधिक टर्मिनलों वाले घटकों के मॉडल में उपयोग किया जाता है: उदाहरण के लिए ट्रांजिस्टर

दो-पोर्ट तत्व
उपरोक्त सभी दो-टर्मिनल हैं, या  एक-पोर्ट, आश्रित स्रोतों के अपवाद के साथ तत्व हैं।दो दोषरहित, निष्क्रिय, रैखिक    दो-पोर्ट  तत्व हैं जो सामान्य रूप से नेटवर्क विश्लेषण में पेश किए जाते हैं।मैट्रिक्स संकेतन में उनके संवैधानिक संबंध हैं;


 * ट्रांसफार्मर:


 * $$ \begin{bmatrix} V_1  \\ I_2  \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & n \\ -n & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} I_1  \\ V_2 \end{bmatrix}$$


 * Gyrator:


 * $$ \begin{bmatrix} V_1  \\ V_2  \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & -r \\ r & 0 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} I_1  \\ I_2 \end{bmatrix}$$

ट्रांसफार्मर एक बंदरगाह पर एक वोल्टेज को  एन  के अनुपात में दूसरे पर एक वोल्टेज पर मैप करता है। एक ही दो बंदरगाह के बीच का वर्तमान 1/ n  द्वारा मैप किया जाता है। दूसरी ओर  गाइरेटर, एक बंदरगाह पर एक वोल्टेज को दूसरे पर एक करंट पर मैप करता है। इसी तरह, धाराओं को वोल्टेज के लिए मैप किया जाता है। मैट्रिक्स में मात्रा  आर  प्रतिरोध की इकाइयों में है। Gyrator विश्लेषण में एक आवश्यक तत्व है क्योंकि यह    पारस्परिक  नहीं है। मूल रैखिक तत्वों से निर्मित नेटवर्क केवल पारस्परिक होने के लिए बाध्य हैं और इसलिए गैर-प्राप्त प्रणाली का प्रतिनिधित्व करने के लिए स्वयं द्वारा उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह आवश्यक नहीं है, हालांकि, ट्रांसफार्मर और गाइटर दोनों के लिए। कैस्केड में दो गाइरेटर एक ट्रांसफार्मर के बराबर हैं, लेकिन ट्रांसफार्मर को आमतौर पर सुविधा के लिए बनाए रखा जाता है। Gyrator का परिचय भी या तो कैपेसिटेंस या इंडक्शन को गैर-आवश्यक बनाता है क्योंकि पोर्ट 2 में इनमें से एक के साथ समाप्त एक गाइरेटर पोर्ट 1 पर दूसरे के बराबर होगा। हालांकि, ट्रांसफार्मर, कैपेसिटेंस और इंडक्शन को सामान्य रूप से विश्लेषण में बनाए रखा जाता है क्योंकि वे हैं क्योंकि वे हैं बुनियादी भौतिक घटकों के आदर्श गुण   ट्रांसफार्मर ,   प्रारंभ करनेवाला  और   कैपेसिटर  जबकि एक    प्रैक्टिकल गाइरेटर  को एक सक्रिय सर्किट के रूप में बनाया जाना चाहिए

उदाहरण
निम्नलिखित विद्युत तत्वों के माध्यम से घटकों के प्रतिनिधित्व के उदाहरण हैं।
 * सन्निकटन की पहली डिग्री पर,   बैटरी  को वोल्टेज स्रोत द्वारा दर्शाया गया है। एक अधिक परिष्कृत मॉडल में वोल्टेज स्रोत के साथ श्रृंखला में एक प्रतिरोध भी शामिल है, बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करने के लिए (जिसके परिणामस्वरूप बैटरी हीटिंग और उपयोग में होने पर वोल्टेज ड्रॉपिंग होती है)। समानांतर में एक वर्तमान स्रोत को इसके रिसाव का प्रतिनिधित्व करने के लिए जोड़ा जा सकता है (जो लंबे समय तक बैटरी का निर्वहन करता है)।
 * सन्निकटन की पहली डिग्री पर,  रोकनेवाला  को एक प्रतिरोध द्वारा दर्शाया गया है। एक अधिक परिष्कृत मॉडल में एक श्रृंखला इंडक्शन भी शामिल है, इसके लीड इंडक्शन के प्रभावों का प्रतिनिधित्व करने के लिए (एक सर्पिल के रूप में निर्मित प्रतिरोधों में अधिक महत्वपूर्ण इंडक्शन होता है)। समानांतर में एक समाई को जोड़ा जा सकता है ताकि प्रतिरोधक की निकटता के कैपेसिटिव प्रभाव का प्रतिनिधित्व किया जा सके। एक तार को कम-मूल्य अवरोधक के रूप में दर्शाया जा सकता है
 * सेमीकंडक्टर एस का प्रतिनिधित्व करते समय वर्तमान स्रोतों का अधिक उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सन्निकटन की पहली डिग्री पर, एक द्विध्रुवी   ट्रांजिस्टर  को एक चर वर्तमान स्रोत द्वारा दर्शाया जा सकता है जो इनपुट करंट द्वारा नियंत्रित होता है।