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電路理論/單埠器件

來自華夏公益教科書,開放的書籍,開放的世界

有很多電路可以解決任何特定的任務。基爾霍夫定律或其他任何分析技術都無法描述最簡單的、最基本的選擇,即針對現有工作的電路的替代方案。

目標是找出電路的特性...就像特徵值...完全定義它的最小引數。最小特性或引數有兩個用途

  • 設計能夠完成相同工作的替代、更便宜、更簡單的電路
  • 幫助設計師使用現有電路來預測它對連線到它的其他電路的影響。

阻抗、電阻和電抗通常被繪製成矩形,而不是它們通常的電路符號。這是從理想世界向現實世界轉變的開始。

一個“埠”隱藏了它內部的東西,就像一個“黑盒子”。

電阻器、電容器、電感器和電源都是單埠(兩線)器件。但在現實世界中,電阻器也可能具有一定的電感或電容,或充當天線,將無線能量傳輸到電路中。

更一般地說,一個單埠電路可以包含任意數量的無源元件、獨立源和相關源以及節點。埠可以被描述為一個經過設計、分析和測試的電路。在這一點上,電路的內部細節、設計和工作原理不再重要。它變成了一個構建塊。複雜的電路可能由幾個埠組成,每個埠本身可能很複雜。

當埠被命名、微型化和批次生產時,它們就成為一種新的電路器件。

單埠器件通常出現在電路的開頭和結尾。電路的中間是用雙埠器件構建的,這將在後面介紹。

除了阻抗和是否包含電源外,埠還具有其他特性。埠具有引數。我們一直在研究的理想引數有時被稱為集總元件引數。這些引數可能會根據埠的“驅動”方式而改變。埠可以有不同的“驅動點”。

假設我們要將一個直流電壓電源連線到 a 和 b 點。目標是描述包含直流電壓源和兩個電阻的盒子的內部。透過以下步驟來完成:

  • 繪製 Vab 作為電流的函式(而不是實際情況,即電流取決於新增的電壓源),以便斜率為電阻。從圖中找出斜率(電阻)。垂直的 Vab 軸截距代表什麼?水平(電流)軸截距代表什麼?
  • 計算無任何連線時的 Vab
  • 將電壓源歸零,計算 a 和 b 之間的電阻。
  • 建立一個另一個單埠器件,它使用一個電源和一個電阻器表現出相同的行為。模擬它並顯示它產生了相同的 Vab 曲線或直線。


繪製 Vab

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電路在circuitlab 上進行模擬,結果得到了上面的圖,該圖與下面的公式匹配。
直線的斜率為 66.66667 歐姆,截距為 -1 伏。
直線的方程可以透過在 a 點進行節點分析來得到
求解 Vab
可以在模擬中看到,當 i = 0 時的截距為 -1,斜率為 200/3。

計算無任何連線時的 Vab

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無任何連線意味著電流為零,因此從方程中得到 Vab=-1 ... 也就是 Vab 垂直軸截距。

電路中電壓源短路,因此可以計算 a 和 b 之間的電阻。

零電壓源,計算 a 和 b 之間的電阻

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短路電壓源後,有兩個並聯的 200 歐姆和 100 歐姆電阻,因此

也就是方程的斜率。

建立更簡單的單埠器件

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