Βασιζόμενοι στις έννοιες του ρεύματος και της τάσης, θα ορίσουμε με αυστηρότητα μια νέα έννοια εκείνη του στοιχείου κυκλώματος. Θα πρέπει να αντιληφθούμε την διαφορά μεταξύ της φυσικής συσκευής αυτής καθ’ εαυτής και του μαθηματικού μοντέλου που παριστάνει τη συσκευή που θα χρησιμοποιήσουμε στην ανάλυση κυκλωμάτων. Η δημιουργία ενός μοντέλου για μια πραγματική συσκευή πρέπει να γίνει βασιζόμενοι στα πειραματικά δεδομένα και τις εμπειρίες μας.

Στην συνέχεια,  θα δώσουμε τον ορισμό του στοιχείου κυκλώματος σαν το μαθηματικό μοντέλο μιας ηλεκτρικής συσκευής δυο άκρων, το οποίο μπορεί να χαρακτηριστεί πλήρως από την σχέση τάσης – έντασης αυτού με την προϋπόθεση ότι δεν μπορεί να υποδιαιρεθεί σε άλλα εξαρτήματα δυο άκρων.

Όλα τα στοιχεία κυκλωμάτων που θα παρουσιάσουμε στη συνέχεια, θα ταξινομηθούν ανάλογα με την σχέση της τάσης στα άκρα του στοιχείου και του ρεύματος διαμέσου αυτού.

Για παράδειγμα, όταν η τάση στα άκρα του στοιχείου είναι ευθέως ανάλογη με το ρεύμα που το διαρρέει, δηλαδή όταν V = R ‧ I όπου R σταθερά, ονομάζουμε το στοιχείο ως αντιστάτη. Σε άλλους τύπους στοιχείων κυκλώματος, η τάση στα άκρα τους είναι ανάλογη με την παράγωγο ως προς το χρόνο του ρεύματος που το διαρρέει, που σε αυτή την περίπτωση έχουμε σαν στοιχείο ένα πηνίο, ενώ όταν έχουμε τάση στα άκρα του στοιχείου ανάλογη με το ολοκλήρωμα ως προς το χρόνο του ρεύματος που το διαρρέει, έχουμε σαν στοιχείο ένα πυκνωτή.

Παρακάτω θα εξετάσουμε σαν στοιχεία κυκλώματος τις ανεξάρτητες πηγές, στις οποίες η τάση είναι τελείως ανεξάρτητη από το ρεύμα ή το ρεύμα είναι τελείως ανεξάρτητο από την τάση.  Κατόπιν θα δούμε, ειδικές κατηγορίες πηγών, στις οποίες η τιμή της τάσης ή της έντασης της πηγής, έχει την ιδιότητα να εξαρτάται από την τάση ή το ρεύμα σε ένα άλλο σημείο του κυκλώματος.

Ανεξάρτητες πηγές τάσης και έντασης

Σε αυτή την παράγραφο θα ορίσουμε το στοιχείο κυκλώματος που μοντελοποιεί την ανεξάρτητη πηγή τάσης. Σε μια ανεξάρτητη πηγή τάσης, η τάση στα άκρα της είναι σταθερή και ανεξάρτητη από το ρεύμα που την διαρρέει. Για παράδειγμα, μια ανεξάρτητη πηγή τάσης 40V, μπορεί να δώσει οποιαδήποτε τιμή ρεύματος στο κύκλωμα, κρατώντας την τάση στα άκρα της ίση με 40V

Ο γραφικός συμβολισμός της ανεξάρτητης πηγής τάσης, δείχνεται στο σχήμα. Το θετικό σύμβολο στο πάνω άκρο της πηγής, δεν υποδηλώνει απαραίτητα ότι πάνω άκρο είναι θετικό σε σχέση με το κάτω. Αντ’ αυτού σημαίνει ότι το πάνω άκρο είναι v_s θετικότερο από το κάτω άκρο. Έτσι αν σε κάποια στιγμή το v_s γίνει αρνητικό, τότε αυτό θα σημαίνει ότι το πάνω άκρο, στην πραγματικότητα είναι αρνητικό σε σχέση με το κάτω, σε εκείνη τη στιγμή.

Όπως ορίσαμε, η ανεξάρτητη πηγή τάσης είναι μια ιδανική πηγή και δεν παριστάνει με ακρίβεια οποιαδήποτε πραγματική συσκευή, για το λόγο ότι σαν ιδανική πηγή θα μπορούσε να δώσει ένα άπειρο ποσό ενέργειας, αφού θεωρητικά μπορεί να δώσει ένα άπειρο ρεύμα με σταθερή τάση στα άκρα της, κάτι που δεν μπορεί να υπάρξει στην πραγματικότητα.

Η τάση στην έξοδο μιας πραγματικής πηγής τάσης π.χ. μπαταρίας, ελαττώνεται όσο περισσότερο ρεύμα τραβά το φορτίο. Την πτώση τάσης λόγω της αύξησης του ρεύματος στο φορτίο, την μοντελοποιούμε με την προσθήκη μιας αντίστασης σε σειρά με την ανεξάρτητη πηγή τάσης, που την ονομάζουμε εσωτερική αντίσταση της πηγής.

Στο διπλανό σχήμα βλέπουμε το μοντέλο μιας πραγματικής πηγής τάσης, που αποτελείται από μια ιδανική πηγή τάσης σε σειρά με μια αντίσταση. Θα πρέπει να ξεκαθαρίσουμε ότι, η εσωτερική αντίσταση της πηγής δεν είναι ένας φυσικός αντιστάτης, αλλά αποτελεί απλά στοιχείο του μοντέλου της πραγματικής πηγής.

Εκτός από την ιδανική πηγή τάσης, ορίζεται και η ιδανική πηγή έντασης στην οποία το ρεύμα που την διαρέει είναι σταθερό καθορισμένης τιμής, ανεξάρτητο από την τάση στα άκρα της.

Η ανεξάρτητη πηγή ρεύματος είναι μια προσέγγιση μιας φυσικής πηγής ρεύματος. Η ιδανική πηγή ρεύματος θεωρητικά μπορεί να δώσει άπειρη ισχύ για το λόγο ότι, μπορεί να δώσει σταθερό ρεύμα με «άπειρη» τάση στα άκρα της. Η ανεξάρτητη πηγή ρεύματος, είναι μια καλή προσέγγιση για εφαρμογές στα ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Σε μια πραγματική πηγή ρεύματος, το ρεύμα εξόδου της πηγής εξαρτάται από την τιμή του φορτίου. Έτσι μια πραγματική πηγή ρεύματος μπορεί να μοντελοποιηθεί με τον παράλληλο συνδυασμό μιας ιδανικής πηγής έντασης με μια αντίσταση, η οποία ονομάζεται εσωτερική αντίσταση της πηγής. Όταν σε μια πραγματική πηγή ρεύματος συνδέσουμε ένα φορτίο, η εσωτερική αντίσταση τραβά ρεύμα της ιδανικής πηγής, και έτσι ένα τμήμα του ρεύματος της πηγής διέρχεται από το φορτίο.

Εξαρτημένες πηγές

Οι ιδανικές πηγές τάσης και έντασης λέγονται ανεξάρτητες, για το λόγο ότι, η τιμή της τάσης ή του ρεύματος της πηγής σε ένα από αυτούς τους τύπους, δεν επηρεάζεται με κανένα τρόπο από τις λειτουργίες που γίνονται στο υπόλοιπο κύκλωμα. Σε αντίθεση με ένα άλλο τύπο ιδανικής πηγής, την εξαρτημένη πηγή, η τάση ή το ρεύμα σε αυτή την πηγή, καθορίζεται από την τάση ή το ρεύμα πάνω σε ένα άλλο σημείο του ηλεκτρικού κυκλώματος που έχουμε.

Για να ξεχωρίζουμε τις εξαρτημένες πηγές από τις ανεξάρτητες, συμβολίζουμε τις εξαρτημένες πηγές με ρομβοειδή σύμβολα, όπως φαίνονται στο σχήμα.

Οι σταθερές όπως εμφανίζονται στο σχήμα, έχουν τις ακόλουθες ονομασίες μ κέρδος τάσης, g_m διαγωγιμότητα, r_m διαντίσταση και β κέρδος ρεύματος.

Όλες οι εξαρτημένες και ανεξάρτητες πηγές τάσης και έντασης θεωρούνται ενεργά στοιχεία, για το λόγο ότι μπορούν να παρέχουν ισχύ σε ορισμένες εξωτερικές συσκευές. Παθητικό στοιχείο είναι εκείνο το στοιχείο κυκλώματος που έχει την δυνατότητα να δέχεται ισχύ.