Circuitmodellen

Een circuitmodel is een vereenvoudigde beschrijving van een elektrisch netwerk die het gedrag van een werkelijke schakeling benadert met wiskundige relaties. Het doel is het respons van het systeem te analyseren en te voorspellen onder verschillende werkpunten en tijdsafhankelijke omstandigheden. Circuitmodellen worden onderverdeeld in lumped-parameter modellen en distributed-parameter modellen. In lumped-parameter modellen worden de eigenschappen van alle elementen toegeschreven aan discrete componenten die op één plek liggen; ze gelden wanneer afstanden klein zijn ten opzichte van de golflengte en frequenties, zodat signaalveranderingen langs de geleiders verwaarloosbaar zijn. Kirchhoff’s wetten, Ohm’s wet en standaard componentmodellen vormen de basis; analysemethoden zoals nodale analyse, mesh analyse en tijd- of frequentie-domein simulaties worden toegepast.

Distributed-parameter modellen houden rekening met de ruimtelijke verdeling van elektrische eigenschappen, bijvoorbeeld bij lange leidingen, kabels en hoogfrequente systemen. Hier treden verschijnselen op zoals signaalverdringing en voortplanting; wiskundig gaat men uit van partiële differentiaalvergelijkingen en telegrapher-equaties die het gedrag van spannings- en stroomvelden beschrijven. Deze modellen zijn nodig voor hoogfrequente toepassingen en voor analyse van transmissielijnen en antennes.

Toepassingen en hulpmiddelen: circuitmodellen worden toegepast in simulators zoals SPICE. Modellen kunnen lineair of niet-lineair zijn, tijdsafhankelijk of frequentieafhankelijk, en kunnen parasitaire elementen en niet-lineaire componenten omvatten. De nauwkeurigheid hangt af van de orde van het model en van de geldende aannames. Bij laagfrequente, compacte circuits volstaan vaak lumped-parameter benaderingen; bij lange lijnen en hoogfrequente signalen zijn distributed-parameter of samengestelde modellen nodig. Modellen vormen een afweging tussen eenvoud en nauwkeurigheid en kunnen beperkt zijn door onbekende parasieten of variaties in componentwaarden.