Elemento circuitale: differenze tra le versioni

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{{Nota disambigua|il suo corrispettivo fisico|Componente elettrico}}

{{C|Per la definizione del titolo della voce vengono usati tre sinonimi, in totale assenza di fonti adeguate, definendoli "astrazione concettuale". In realta , almeno per "componente elettrico" esiste una definizione precisa di qualcosa di molto concreto. Vedi ulteriori argomentazioni in discussione voce|elettrotecnica|giugno 2022}}

Un '''componente elettrico''' o '''componente circuitale''' o '''elemento elettrico''' è un'astrazione concettuale che rappresenta in modo ideale [[componente elettronico|dispositivi elettrici elementari]] reali come [[resistore|resistenze]], [[condensatore (elettrotecnica)|condensatori]] e [[induttore|induttori]] per l'analisi teorica dei [[circuito elettrico|circuiti elettrici]]. Ogni circuito elettrico può essere rappresentato e analizzato sotto forma di collegamenti tra componenti multipli; se il componente corrisponde grosso modo anche al dispositivo fisico reale, la rappresentazione costituisce uno [[schema elettrico]] a [[parametri concentrati]]. In altri casi, come ad esempio per modellare le [[linea di trasmissione|linee trasmissive]] i componenti rappresentano elementi infinitesimali (schema a parametri distribuiti).

UnNella '''componente[[teoria elettrico'''dei ocircuiti]] un '''componenteelemento circuitale''' oè '''elementoil elettrico'''[[modello èmatematico]] di un'astrazione concettuale[[componente cheelettrico]].<ref>{{Cita rappresentaweb|url=https://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=131-11-03|titolo=IEC in60050 modo- idealeInternational [[componenteElectrotechnical elettronicoVocabulary - Details for IEV number 131-11-03: "circuit element"|sito=www.electropedia.org|dispositiviaccesso=2022-06-18}}</ref> elettriciTra elementari]]gli elementi circuitali fondamentali realifigurano comeil [[resistore|resistenze]], il [[condensatoreCondensatore (elettrotecnica)|condensatoricondensatore]] e [[induttore|induttori]] per l'analisi teorica dei [[circuito elettrico|circuiti elettriciinduttore]]. Ogni circuito elettrico può essere rappresentato e analizzato sotto forma di collegamenti tra componenti multipli; se il componente corrisponde grosso modo anche al dispositivo fisico reale, la rappresentazione costituisce uno [[schema elettrico]] a [[parametri concentrati]]. In altri casi, come ad esempio per modellare le [[linea di trasmissione|linee trasmissive]] i componenti rappresentano elementi infinitesimali (schema a parametri distribuiti).

I componenti ideali, pur rappresentando dispositivi reali, non hanno un vero equivalente fisico dato che si assume che le loro proprietà siano ideali, mentre i componenti reali presentano anche aspetti non ideali, [[tolleranza (ingegneria)|tolleranze]] rispetto al valore nominale e determinati gradi di non [[linearità (elettronica)|linearità]]. Per questo motivo, per poter modellare e approssimare il funzionamento di un componente reale tenendo conto degli aspetti non ideali può essere necessario rappresentarlo combinando tra loro più componenti ideali differenti. Per esempio, un induttore ideale è caratterizzato dalla sola [[induttanza]] e non presenta né [[resistenza elettrica|resistenza]] né [[capacità elettrica|capacità]] ma un induttore fisico reale, come ad esempio una [[bobina]], possiede anche un valore di resistenza e quindi la sua rappresentazione in uno schema a componenti ideali è costituita da un induttore ideale [[collegamento in serie|collegato in serie]] a un resistore ideale così da poter tenere conto degli effetti di entrambe le caratteristiche.

I componenti ideali, pur rappresentando dispositivi reali, non hanno un vero equivalente fisico dato che si assume che le loro proprietà siano ideali, mentre i componenti reali presentano anche aspetti non ideali, [[tolleranza (ingegneria)|tolleranze]] rispetto al valore nominale e determinati gradi di non [[linearitàCircuito (elettronica)lineare|linearità]]. Per questo motivo, per poter modellare e approssimare il funzionamento di un componente reale tenendo conto degli aspetti non ideali può essere necessario rappresentarlo combinando tra loro più componenti ideali differenti. Per esempio, un induttore ideale è caratterizzato dalla sola [[induttanza]] e non presenta né [[resistenza elettrica|resistenza]] né [[capacità elettrica|capacità]] ma un induttore fisico reale, come ad esempio una [[bobina]], possiede anche un valore di resistenza e quindi la sua rappresentazione in uno schema a componenti ideali è costituita da un induttore ideale [[collegamento in serie|collegato in serie]] a un resistore ideale così da poter tenere conto degli effetti di entrambe le caratteristiche.

L'analisi dei circuiti basata sui componenti ideali è utile per comprendere il funzionamento pratico dei circuiti elettrici reali: analizzando e combinando gli effetti risultanti generati dai componenti ideali è possibile stimare il comportamento effettivo reale.

L'[[analisi dei circuiti elettrici]] basata sui componenti ideali è utile per comprendere il funzionamento pratico dei circuiti elettrici reali: analizzando e combinando gli effetti risultanti generati dai componenti ideali è possibile stimare il comportamento effettivo reale.

== Tipologie e classificazione ==

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I componenti si possono suddividere anche in:

*'''componenti attivi''' o '''generatori''', in grado di generare [[potenza elettrica]], come i generatori di tensione o i generatori di corrente. Tipicamente si usano per modellare [[pila (elettrotecnica)|batterie]] e [[alimentatore elettrico|alimentatori]]. A questa categoria appartengono i

** '''generatori controllati''' in cui la tensione o la corrente generate sono proporzionali alla tensione o alla corrente applicata a un'altra coppia di terminali. Si uanousano per modellare [[amplificatore|amplificatori]] come i [[transistor]], le [[valvola termoionica|valvole termoioniche]] e gli [[amplificatore operazionale|amplificatori operazionali]].

*'''componenti passivi''' che non sono in grado di generare autonomamente energia, come ad esempio le resistenze, le capacitanze e le induttanze.

Un'ulteriore classificazione è legata alla relazione tra le grandezze elettriche e consente di distinguere tra:

*'''componenti lineari''' in cui la relazione tra tensione e corrente è una [[funzione lineare]] e si può applicare il principio della [[sovrapposizione degli effetti]]. Esempi di componenti lineari sono le resistenze, lei capacitanzecondensatori, legli induttanzeinduttori e i generatori controllati lineari. I circuiti composti da soli componenti lineari, detti anche [[circuito lineare|circuiti lineari]], non presentano fenomeni come l'[[intermodulazione]] e possono essere analizzati tramite tecniche matematiche potenti come la [[trasformata di Laplace]].

*'''componenti non lineari''' in cui la relazione tra tensione e corrente è esprimibile tramite una funzione non lineare. Un esempio è il diodo, in cui la corrente è una [[funzione esponenziale]] della tensione. I circuiti che comprendono componenti non lineari sono più complessi da analizzare e da progettare e spesso è necessario ricorrere a [[simulatore circuitale|programmi di simulazione]] come per esempio [[SPICE]].

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:che esprime il fatto che la tensione in ingresso viene convertita in una corrente in uscita e, analogamente, la corrente in ingresso viene convertita in una tensione in uscita secondo un fattore <math>r</math> che dimensionalmente è una resistenza.

:Il giratore è un componente fondamentale nell'analisi circuitale perché è un elemento non reciproco mentre i circuiti realizzati con i componenti lineari elementari possono essere solo di tipo reciproco e non consentono quindi di rappresentare condizioni di non reciprocità. Va osservato che un trasformatore può essere rappresentato anche come cascata di due giratori ma per semplicità non si usa questo schema. In linea di principio, un giratore rende non necessario rappresentare in modo esplicito capacità o induttanza perché una capacità (o induttanza) sulla porta 2 sarebbe l'equivalente di una induttanza (o rispettivamente capacità) sulla porta 1. Nonostante questo capacità e induttanze si mantengono comunque negli schemi perché rappresentano le proprietà ideali dei corrispettivi componenti fisici (trasformatori reali, condensatori e induttori) e un giratore reale richiede in realtà un circuito di tipo attivo.<ref>{{cita libro|cognome=Wadhwa|nome=C.L.|lingua=en|titolo=Network analysis and synthesis|pp=17–2217-22|editore=New Age International|isbn=81-224-1753-1}}</ref><ref>{{cita libro|lingua=en|autore=Herbert J. Carlin|autore2=Pier Paolo Civalleri|titolo=Wideband circuit design|pp=171–172171-172|editore=CRC Press|anno=1998|isbn=0-8493-7897-4}}</ref><ref>{{cita libro|lingua=en|autore=Vjekoslav Damić|autore2=John Montgomery|titolo=Mechatronics by bond graphs: an object-oriented approach to modelling and simulation|url=https://archive.org/details/mechatronicsbybo00dami|pp=[https://archive.org/details/mechatronicsbybo00dami/page/n44 32]–33|editore=Springer|anno=2003|isbn=3-540-42375-3}}</ref>

==Componenti non lineari==

[[File:Two-terminal non-linear circuit elements.svg|thumb|right|Simmetria concettuale tra resistenza, condensatore, induttore e memristore]]

Tutti i componenti circuitali fisici sono in realtà non lineari e possono essere approssimati con componenti lineari solo fino a un certo punto. Per rappresentare in modo più corretto i componenti passivi si usa una relazione costitutiva piuttosto che le più semplici relazioni proporzionali. A partire da due grandezze qualsiasi si possono definire sei relazioni costitutive e per completare la descrizione questo ha portato a teorizzare un quarto componente passivo, il [[memristore]]. Questo componente è un elemento non lineare [[Sistema tempo-invariante|tempo-variabile]] che in condizioni lineari e tempo-invarianti si riconduce a un resistore ordinario e per questo motivo non viene utilizzato nei modelli di circuiti lineari tempo-invarianti.

Le relazioni costitutive degli elementi passivi sono quindi definite come:<ref name=Trajkovic>{{cita libro|autore=Ljiljana Trajković|lingua=en|titolo=Nonlinear circuits|opera=The Electrical Engineering Handbook|curatore=Wai-Kai Chen|pp=75–7775-77|editore=Academic Press|anno=2005|isbn=0-12-170960-4}}</ref>

*resistenza: <math>f(V, I)=0</math>

*capacità: <math>f(V, Q)=0</math>

*induttanza: <math>f(\Phi, I)=0</math>

*[[memristenza]]: <math>f(\Phi, Q)=0</math>

:dove <math>f(x,y)</math> è una funzione arbitraria a due variabili.

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In particolari condizioni, la relazione costitutiva si può semplificare a una funzione a una sola variabile: è il caso di tutti gli elementi lineari ma anche del [[diodo]] ideale, che è un resistore non lineare con una relazione costitutiva del tipo <math> V = f(I)</math>. Va osservato che i generatori indipendenti di tensione e di corrente in base a questa definizione si possono considerare come resistenze non lineari.<ref name=Trajkovic/>

Il quarto componente passivo, il memristore, fu proposto da [[Leon Chua]] in una pubblicazione del 1971 ma il primo componente fisico che dimostrò la memristenza fu realizzato solo 37 anni dopo: il 30 aprile 2008 venne annunciato che un gruppo di scienziati degli [[Hewlett-Packard|HP Labs]] guidato da [[R. Stanley Williams]] era riuscito a realizzare un memristore funzionante.<ref>{{cita pubblicazione|cognome=Strukov|nome=Dmitri B|cognome2=Snider|nome2=Gregory S|cognome3=Stewart|nome3=Duncan R|cognome4=Williams|nome4=Stanley R|titolo=The missing memristor found|rivista=Nature|volume=453|pp=80–8380-83|anno=2008|doi=10.1038/nature06932|pmid=18451858|numero=7191|bibcode=2008Natur.453...80S|lingua=en}}</ref><ref>{{cita web|lingua=en|pubblicazione=EETimes|data=30 aprile 2008|url=http://www.eetimes.com/news/latest/showArticle.jhtml?articleID=207403521|titolo='Missing link' memristor created}}</ref><ref>{{cita web|lingua=en|url=https://www.newscientist.com/article/dn13812-engineers-find-missing-link-of-electronics.html|titolo= Engineers find 'missing link' of electronics|data=30 aprile 2008}}</ref><ref>{{cita web|lingua=en|url=http://www.physorg.com/news128786808.html|titolo=Researchers Prove Existence of New Basic Element for Electronic Circuits – 'Memristor'|data=30 aprile 2008}}</ref> Con questo risultato, è diventato possibile realizzare qualsiasi combinazione delle quattro variabili fondamentali.

Sono definiti anche due componenti non lineari speciali usati talvolta nell'analisi ma a cui non corrisponde alcun tipo di componente reale: