1.引言(理解层次)
此阶段电路分析的对象是只含有电源和电阻的直流稳态电路:电路已经工作了足够长时间,使得电路中各点的电压与电流能够保持不变。对于直流而言,电容相当于断路,而电感相当于短路,因此这两者在蒂安庐分析中均暂时不需要考虑。
2.电路的等效变换(理解层次)
①任何一个电路均可以看作有两个端口分别输入和输出同等大小的电流,称这样的模型为两端电路。 ②如果两个两端电路的端口电流电压关系(VCR)相同,则称这两个电路等效,使用等效变换可以化简电路方便计算。
3.电阻的串联与并联(应用层次)
①串联:电流相同,电压相加,电阻相加,功率相加。 ②并联:电流相加,电压相同,电导相加,功率相加。 ③串并联:就是电路中的电阻同时存在串联和并联,这也是这一章分析的重点。
4.理想电压源和电流源的串并联(理解层次)
①理想电压源:串联电压等于各个电压之和;只有相同电压源才可以串联,串联电压不变但是输出功率变大,通过电压源的电流大小不确定。 ②理想电流源:并联电流等于各个电流之和;只有相同电流源才可以并联,并联电流不变但是输出功率变大,每个电流源两端的电压大小不确定。
5.实际电源的两种模型及其等效转换(重点和难点)
①实际电压源可以看作一个理想电压源与内阻串联。实际电压源内阻小,不允许短路防止电流过大烧毁电源。 ②实际电流源可以看作一个理想电流源与内阻并联。实际电流源内阻大,不允许断路以避免电压过大烧毁电源。 ③实际电压源和实际电流源可以进行等效转换。转化过程中内阻的大小不变,等效电流源的电流大小或等效电压源的电压大小可以通过计算获得。理想电压源和理想电流源之间不能相互转换,实际独立电源和受控电源都可以进行等效转换。
电路分析也有不进行化简的分析方法,包括支路电流法、网孔电流法、回路电流法和结点电压法,这些一般的分析方法更具有通用性和普适性。
1.KCL与KVL的独立方程数
对于有n个结点的电路有n-1个独立的KCL方程;对于有m个网孔的电路有m个独立的KVL方程;对于有b条支路的电路,独立的KCL方程和KVL方程一共有n个,这些方程共同组成了全电路方程。
2.支路电流法
①具体步骤:在有n个结点和m个网眼的电路中,选择n-1个结点列出KCL方程并用m个网眼写出m个KVL方程。如果电路中含有受控源,则先当作独立源列出方程然后在寻找增补方程(有几条支路最终就要几个方程来求解)。 ②方法特点:该方法逻辑简单,清晰直观,但是方程数较多,适合在电路中支路不多的情况下使用。
3.网孔电流法(个人感觉比支路电流法容易出错)
①基本思想:假设电路中每一个网孔都有一个回路电流,这样每条支路的电流就可以用网孔电流的线性组合来表示。此方法只适用于平面电路。 ②具体方法:以每个网孔的电流为未知量,对每一个网孔列出KVL方程后求解该方程组。在没有受控源的电路中该方程的系数矩阵是对称阵。 ③自电阻与互电阻:每个网孔中所有的电阻之和称为自电阻,多个网孔共同享有的电阻称为互电阻,当所有网孔中的电流方向相同(均为顺时针或逆时针),所有的互电阻都取负。
4.回路电流法
①基本原理:回路电流法的基本原理与网孔电流法类似,可以看作是网孔电流法的推广。该方法仍然需要在电路中选择与网孔个数相等的回路,但是选择的回路不再局限于网孔而是可以任意选择。该方法不仅能用于平面电路,同样也适用于非平面电路。 ②方法特点:选择不同的回路会有不同的计算量,并且此方法中互电阻的识别难度加大,容易出现被遗漏等情况。 ③注意事项:如果电路中存在受控源,则仍然采用同样的方式列出方程组,再根据题目条件找到增补方程进行求解。
5.结点电压法:
①结点电压法是以结点的电压为未知量来列方程的方法,适用于结点较少的情况。 ②结点的自电导是指该结点连接的所有支路的电导之和;结点的互电导是指两个结点之间的支路的电导,互电导一定为负数。 ③结点电压法的基本步骤:选定n-1个结点,列出基本形式的方程并进行求解(左边为电导与结点电压乘积的线性组合,右边为电源流入该结点的电流,如果电路中无受控源则系数矩阵对称)。如果电路中存在无伴电压源支路则需要引入一个新变量同时列出一个增补方程。注意:和电流源串联的电阻无需考虑电导。 ④米尔曼定理:如果电路中只有两个结点且所有支路都连接在两个结点之间,则可以简化结点电压法求出另一个结点的电压值:U=流入该结点的电流之和/各支路的电导之和。
6.叠加定理
①定义:电路中任意支路的电流或电压可以看作成电路中每一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。该定理可以简化分析多电源电路。 ②注意事项:该定理只适用于线性电路;电压源为零相当于短路,电流源为零相当于断路;功率不能进行叠加;如果电路中有受控源则受控源必须一直保留。 ③具体的叠加方式是任意的,如何使得计算简便则如何进行叠加。可以一次一个独立源单独作用,也可以一次多个独立源同时作用。 ④齐性原理:线性电路中,所有独立源都增大或减少一个倍数,则其产生的响应(电压与电流)也都增大或减少相同的倍数。
7.替代定理
①定义:如果一个二端电路的端口电压电流已知,则可以用相同电压的电压源或相同电流的电流源或用一个阻值等于端口电压电流之比的电阻来替代该二端电路,总电路中其他部分保持不变。替代定理可以用于线性电路也可以用于非线性电路。 ②与等效电路的区别:替代定理要求二端电路两端口的电流电压已知,而等效电路无序达到这一要求,也就是使用门槛更低。
8.等效电源定理
①戴维宁定理:对于任何一个有源二端线性电路,对外电路而言都可以等效为一个理想电压源和内阻的串联形式,其中理想电压源的电压大小为二端电路的开路电压,等效内阻就是将二端网络中所有独立电源置零后的两端口之间的电阻大小。 ②诺顿定理:对于任何一个有源二端线性电路,对外电路而言都可以等效为一个理想电流源和内阻相并联的形式,其中理想电流源的电流大小等于短路电流,等效内阻就是将二端网络中所有独立电流源置零后两端口之间的电阻大小。 ③等效内阻的求解方法:对于网络内部不含有受控源的电路可以直接由电阻的连接规律得出等效电阻,但是对于二端网络中存在受控电源的情况则需要使用另外三种方法。开路短路法:先求出二端电路的开路电压,接着求出其短路电流,用开路电压除短路电流即可得到等效内阻;外加激励法:对于受控电压源,外加激励电流源,求出外加电流源与激励的关系,对于受控电流源,外加激励电压源,求出外加电压源与激励的关系;另外实验室中还常常采用测量法求等效电阻。 ④如果一个一端口网络的等效电阻为零,则只有戴维宁等效电路;如果一个一端口网络的等效电阻为无穷大,则只有诺顿等效电路。
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