《简明电路分析》——2.1节单口网络与单口网络等效

简介:

本节书摘来自华章社区《简明电路分析》一书中的第2章,第2.1节单口网络与单口网络等效,作者钟洪声 吴 涛 孙利佳,更多章节内容可以访问云栖社区“华章社区”公众号查看

第2章
单 口 网 络
电路分析的一种基本方法是将结构复杂的电路分解成若干单口网络,使复杂电路的求解变成简单电路的求解。本章将介绍单口网络的特性与等效简化方法,并给出利用单口网络简化电路分析的实例。

2.1 单口网络与单口网络等效
由单个或多个元件构成的电路又称为网络(network),前面介绍了含有两个端点的元件为二端元件,而含有两个端点的网络则称为二端网络,其中,只有一对端电压和端电流与之对应的两个端点构成一个端口。根据电荷守恒定律,对于二端网络而言,从一个端点流入的电流必从另一个端点流出,二端网络的两个端点又构成一个端口,所以二端网络也称为单口网络。
2.1.1 单口网络特性
任意二端元件均可视为单口网络,有时也称为单口元件,并且对于电路中的任意封闭面,只要封闭面上只有两个端点,便可以视为单口网络,如图2-1所示,电路可以分为两个单口网络,标记为N1和N2。
对于单口网络,可以用内部电路模型,包含元件模型与连接关系来描述,如图2-1中的N1,可以描述为独立电压源uS与电阻R1的串联;也可以用端口特性来描述


e6edcef3c8a9eb514a1ad8bd32f5ed741ff68ac4

单口网络N1和N2如图2-1中的N2,因其内部只有一个二极管,所以可以用二极管的VCR来描述。第二种方法尤其适用于复杂的单口网络结构,因此采用较多。
若单口网络由线性元件模型构成,称为线性单口网络,端口VCR一定也是线性的,如N1;若单口网络含有非线性元件,则为非线性单口网络,如N2内的二极管。
单口网络的特性由端口VCR来表征,与二端元件的VCR特点相似,一个端口网络的VCR仅由网络本身确定,与外接电路无关。特别说明,本书仅讨论单口网络的VCR与外接电路无关的情况,但电路中存在部分单口网络的VCR受外电路影响的情况。

32f0628b470576fb4bd48a807f3a62565c1039ca

2.1.2 等效概念
若两个网络的端口VCR完全相同,则称这两个网络互相等效(equivalent),如图2-2所示。当两个单口网络等效时,其端口的VCR特性曲线完全重合,如图2-3所示。如果用端口VCR表达式来描述单口网络的话,假设这两个等效的单口网络的VCR分别为i=f1(u)和i=f2(u),则有f1=f2。
等效的概念适用于所有集总假设电路中端口VCR相同的网络,既可以是单口网络,也可以是多口网络,无论网络的VCR是线性还是非线性。
若N1和N2等效,它们在电路中可以相互代换,如图2-4所示,电路等效代换后,具有以下特点:


676d6ebd98355a859f2c19cfcc145f1c77c71caf

2.1.3 线性单口网络的VCR
单口网络可以是非线性的也可以是线性的,本书仅讨论线性单口网络的等效,对于由线性电阻和独立源构成的单口网络而言,其特性曲线是u-i平面上的一条直线,即端口VCR为线性的一次函数。要找到单口网络的等效电路,首先要分析出单口网络的VCR,一般可采用以下两种方法。
1.观察法
如果知道单口网络的内部电路模型,利用两类约束条件通过观察电路特点找到端口VCR的方法称为观察法。
例如图2-1中,已知单口网络N1是独立电压源和电阻的串联,根据KCL可知流经独立电压源和电阻的电流相同,都等于端口电流,在图中标出变量,如图2-6a所示。根据KVL可知u=-u1+uS根据电阻的VCR可知u1=R1i联立上式可得独立电压源与电阻串联构成的单口网络VCR为u=-R1i+uS(2-1) 


7da976db5cd9c61b170367fb04c897423318d678

观察法这样就通过观察法得到了单口网络的端口VCR。在已知网络内部电路模型时,利用两类约束(VCR、KVL和KCL),再进行一些数学运算就能得到端口的VCR。该方法尤其适用于网络内部具有明确的串联或并联关系的电路,计算相对简单。例如,利用观察法计算图2-6b所示独立电流源与电阻并联的单口网络的VCR,根据KCL可知iG-iS-i=0根据电阻的VCR可知iG=Gu联立上式可得i=Gu-iS(2-2)2.外加激励法
由于单口网络的VCR与外接电路无关,因此可以通过特定的外接电路,将单口网络变成完整的电路,再求解变量端口u、i之间的关系。该外接电路可以是独立源也可以是电阻或者是任意的单口网络。不过为了方便计算,一般采用源电压为u的独立电压源或者源电流为i的独立电流源,例如,外加电压为u的独立电压源,则此电压u称为激励,单口网络 图2-7 外加激励法的端电流i称为响应,所以该方法也可称为外加激励法。外加激励法也是实际测量VCR时常用的方法之一。
重新利用外加激励法分析图2-6所示的单口网络的VCR,外加源电压为u的独立电压源如图2-7a所示,注意,独立电压源源电压的方向与端电压方向须一致。由所构成回路的KVL可得u1+u-uS=0根据电阻的VCR可知u1=R1i联立上式可得u=-R1i+uS  同理,也可外加源电流为i的独立电流源,如图2-7b所示,注意,独立电流源源电流的方向与端电流方向须一致,假设独立电流源上的端电压为u,后续计算过程与上述过程相同,这里不再赘述。


52f68865ed609378fb9f60199eafde98c7b3f516

实际电路中,外加独立电压源或者独立电流源都能找到单口网络ui的唯一关系而确定单口网络的VCR。但在电路模型中,如果单口网络本身仅等效成某种独立源的形式,则外加独立源得到的ui关系可能不唯一,但该类单口网络可以通过外加电阻或其他单口网络的方法来进行分析。
2.1.4 单口网络的应用
利用单口网络及其等效电路,往往可以使结构复杂的电路求解问题简化为结构简单电路的求解。
例如,分析图2-8a所示电路中的电流I,虽然利用两类约束可以分析得到电流I,但是电路中元件较多,分析比较复杂。如果知道除2Ω电阻以外电路的等效电路形式,利用等效图2-8b的计算结果与图2-8a相同,但图2-8b的电路结构要简化得多。


197d926f183143c1e57ce0a0ee56e20e7060d039

在图2-8b的电路中,利用并联分流可以很快计算出I=6A。所以在电路分析中,一般将拟分析元件或非线性元件以外的线性单口网络等效,达到简化分析的目的。

相关文章
|
2月前
|
SQL 安全 网络安全
网络安全与信息安全:知识分享####
【10月更文挑战第21天】 随着数字化时代的快速发展,网络安全和信息安全已成为个人和企业不可忽视的关键问题。本文将探讨网络安全漏洞、加密技术以及安全意识的重要性,并提供一些实用的建议,帮助读者提高自身的网络安全防护能力。 ####
86 17
|
2月前
|
存储 SQL 安全
网络安全与信息安全:关于网络安全漏洞、加密技术、安全意识等方面的知识分享
随着互联网的普及,网络安全问题日益突出。本文将介绍网络安全的重要性,分析常见的网络安全漏洞及其危害,探讨加密技术在保障网络安全中的作用,并强调提高安全意识的必要性。通过本文的学习,读者将了解网络安全的基本概念和应对策略,提升个人和组织的网络安全防护能力。
|
2月前
|
SQL 安全 网络安全
网络安全与信息安全:关于网络安全漏洞、加密技术、安全意识等方面的知识分享
随着互联网的普及,网络安全问题日益突出。本文将从网络安全漏洞、加密技术和安全意识三个方面进行探讨,旨在提高读者对网络安全的认识和防范能力。通过分析常见的网络安全漏洞,介绍加密技术的基本原理和应用,以及强调安全意识的重要性,帮助读者更好地保护自己的网络信息安全。
63 10
|
2月前
|
SQL 安全 网络安全
网络安全与信息安全:关于网络安全漏洞、加密技术、安全意识等方面的知识分享
在数字化时代,网络安全和信息安全已成为我们生活中不可或缺的一部分。本文将介绍网络安全漏洞、加密技术和安全意识等方面的内容,并提供一些实用的代码示例。通过阅读本文,您将了解到如何保护自己的网络安全,以及如何提高自己的信息安全意识。
73 10
|
2月前
|
存储 监控 安全
云计算与网络安全:云服务、网络安全、信息安全等技术领域的融合与挑战
本文将探讨云计算与网络安全之间的关系,以及它们在云服务、网络安全和信息安全等技术领域中的融合与挑战。我们将分析云计算的优势和风险,以及如何通过网络安全措施来保护数据和应用程序。我们还将讨论如何确保云服务的可用性和可靠性,以及如何处理网络攻击和数据泄露等问题。最后,我们将提供一些关于如何在云计算环境中实现网络安全的建议和最佳实践。
|
2月前
|
监控 安全 网络安全
网络安全与信息安全:漏洞、加密与意识的交织
在数字时代的浪潮中,网络安全与信息安全成为维护数据完整性、保密性和可用性的关键。本文深入探讨了网络安全中的漏洞概念、加密技术的应用以及提升安全意识的重要性。通过实际案例分析,揭示了网络攻击的常见模式和防御策略,强调了教育和技术并重的安全理念。旨在为读者提供一套全面的网络安全知识框架,从而在日益复杂的网络环境中保护个人和组织的资产安全。

热门文章

最新文章