模块二:线性直流电阻电路分析原理与方法

等效法

1、无缘网络的等效变换

一端口网络:任一复杂电路通过两个连接端钮与外电路相连,这样具有两个端钮的网络即称为一端口网络或者二端钮网络

A-有源;P-无源;N-有源,无源;

等效变换的条件:两个内部结构完全不同的一端口网络p1,p2,如果他们端口上的电压与电流之间的伏案特性完全相同,则称为两者等效;

串联电阻相加,并联电导相加;

星型连接可以与三角型连接相互转换;

2、电压源与电流源的等效变换

电压源:U=E-IR

电流源:U=RIs-RI

故等效条件是:E=RIs

方程法

目标:同时求解一组电路变量(支路电压或者电流)

问题:如何选取一组合适的方程(方程数与变量数相等,方程组线性无关,具有唯一解)

基础:基尔霍夫电压定律和电流定律,以及元件电压电流关系。

方法:通过网络图论来选取合适的方程组{支路电流法、网孔电流法和节点电压法)

网络图论初步

电路图:由集中参数元件组成的电网络

拓扑图:由线条(支路)和点(节点)所组成的图形,称此图为原电网络的拓扑图,简称为图

有向图:线图各支路规定了一个方向(用箭头表示,一般取电路图中支路电流方向一致)

回路:从一个节点出发,经过若干条支路后,又回到这个节点的通路

网孔回路:回路内无任何支路,则此回路称为网孔回路

当图的任二节点之间至少存在一条通路时,称为连通图,否则称为非连通图

连通图任二个节点之间至少存在一个回路,则称为不可分图,否则为可分图

如果图能无任何交叉地画在平面上,则称为平面图,否则为非平面图

T时有向图G的一个子图,它包含所有节点与一些支路的集合。树T满足三个条件:T是连通的;包含G的全部节点;不包含回路。(有向树图的选择不是唯一的,一般可以选出多个树)

树T所包含的支路称为树支;有向图G中其余的支路称为连支;树支数=n-1(节点数减一);连支数=支路数-树支数=b-n+1=l(网孔数)

割集Q连通图G的一个子图,满足:若移去Q中全部支路,原连通图G将被分为两个独立部分;若少移去Q中任意一条支路,原连通图G将保持连通

单连支回路:每一连支可与其两端之间的唯一树支路径构成一条唯一的回路。此回路称为单连支回路。回路方向与连支方向一致。

单连支回路一定可以写出独立的KVL方程;独立的KVL方程不一定要按照单连支回路来写

单树支割集:组成割集的支路仅含一条树支。割集方向与树支方向一致。

单树支割集一定可以写出独立的KCL方程;独立的KCL方程不一定要按照单树支割集来写

b:表示支路数

n:表示节点数

l:表示网孔数

支路电流法

支路法:以各支路电流和电压为未知量列写电路方程分析电路

支路电流法的一般步骤:

标定各支路电流的参考方向;选定(n-1)个节点,列写KCL方程;选定b-(n-1)个独立回路,列写KVL方程;(元件特性带入);求解上述方程,得到b个支路电流;进一步计算支路电压和进行其他分析

支路电流法的特点:支路电流法简单但要求同时列写KCL和KVL方程,方程数较多,且规律性不强(相对于后面的方法),手工求解比较复杂,便于计算机编程求解。

网孔回路法

基本思想:假想每个回路中有一个回路电流。则各支路电流可用回路电流线性组合表示

回路法的一般步骤:

选定l=b-(n-1)个独立回路,并确定其绕行方向;对l个独立回路,以回路电流为未知量,列出其KVL方程;求解上述方程,得到l个回路电流;求各支路电流(用回路电流表示);其他分析

网孔电流法:对平面电路,若以网孔为独立回路,此时回路电流也成为网孔电流,对应分析方法称为网孔电流法

节点电压法

节点电压(位):节点与参考点的电压差,方向为从独立节点指向参考节点。

节点电压法:以节点电压为未知量列写电路方程的方法。

节点电压法的独立方程数为(n-1)个。与支路电流法相比,方程数可减少b-(n-1)个。

适用于两个节点的节点电压公式:

模块二:线性直流电阻电路分析原理与方法_第1张图片

模块二:线性直流电阻电路分析原理与方法_第2张图片

一般性节点电压法

模块二:线性直流电阻电路分析原理与方法_第3张图片

 列出(n-1)个电流方程,选定参考点(电位为零),用各点的电位来表示电流。

电路定理

叠加定理

定义:在线性电路中,任一支路电流(或电压)都是电路中各个独立电源单独作用时,在该支路产生的电流(或电压)的代数和。

单独作用:一个独立电源作用,其余独立电源不作用。不作用是指电压源u=0(短路),电流源i=0(开路)。

*功率不能叠加,只有线性变量可以运用叠加定理;含受控源(线性)电路亦可用叠加法,但受控源不能单独作用,应始终保留在电路中。

齐性原理

定义:当电路中只有一个激励(独立源)时,则响应(电压或电流)与激励成正比。

替代定理

定义:任意一个电路,其中第K条支路的电压已知为uk(电流为ik),那么就可以用一个电压等于uk的理想电压源(电流等于ik的独立电流源)来替代该支路,替代前后电路中各处电压和电流均保持不变。

注意:1)替代定理适用于线性、非线性电路、定常和时变电路。

  2)替代定理的应用必须满足:原电路和替代后的电路必须有唯一解;被替代的支路和电路其他部分应无耦合关系。

  3)未被代替的支路的相互连接及参数不能改变。

戴维南(诺顿)定理

二端网络:具有两个出线端的部分电路

无源二端网络:二端网络中没有电源(可简化为一个电阻)

有源二端网络:二端网络中含有电源

定义:任何一个含独立电源、线性电阻和线性受控源的二端口,对外电路来说,可以用一个电压Ud和电阻Rd的串联组合来等效代替:

电压源Ud:外电路 断开时端口处的开路电压:

电阻Rd:一端口中全部独立电源置零后的端口等效电阻。

注意:1)戴维南等效电路中电压源电压等于将外电路断开时的开路电压Ud,电压源方向与所求开路电压方向相同。

  2)串联电阻为将一端口内部独立电源全部置零(电压源短路,电流源开路)后,所得一端口网络的等效电阻。

   3)当一端口内部含有受控源时,控制支路与受控源支路必须包含在等效变换的同一部分电路中。

等效电阻的计算方法:1)电阻串并联公式:网络内部不含有受控源;

                                  2)加源法:端口(内部独立电源置零)加电压求电流法或加电流求电压法;

                                  3)开路短路法:等效电阻Rd=端口的开路电压Ud/短路电流Id。

最大功率传输定理

定义:线性有源一端口网络向可变电阻负载Rl传输最大功率的条件是:Rl=Rd。

当Rl=Rd时,负载获得最大功率。也称为功率匹配。匹配状态下,功率的传输效率只有百分之五十。经常出现在电子线路中。对于电路传输系统的输、配电线路,传输功率大,要求传输效率高,以减少传输过程中的能量损耗,因此都不在匹配状态下工作。

你可能感兴趣的:(电路分析,嵌入式,机器学习,深度学习)