网络理论 - 概述

网络理论是研究解决电路或电网问题的学科。在本介绍性章节中,我们首先讨论一下电路的基本术语和网络元素的类型。

基本术语

在网络理论中,我们经常会遇到以下术语 −

  • 电路
  • 电网
  • 电流
  • 电压
  • 功率

因此,在继续学习之前,我们必须先了解这些术语的一些基本知识。让我们从电路开始。

电路

电路包含一条闭合路径,用于从电压源或电流源提供电子流。电路中的元件将以串联、并联或串联和并联的任意组合形式存在。

电网

电网不需要包含用于提供来自电压源或电流源的电子流的闭合路径。因此,我们可以得出结论"所有电路都是电网",但反之则不一定正确。

电流

流过导体的电流"I"只不过是电荷流动的时间速率。数学上可以写成

$$I = \frac{dQ}{dt}$$

其中,

  • Q为电荷,单位为库仑。

  • t为时间,单位为秒。

打个比方,电流可以看作是水在管道中的流动。电流以安培为单位进行测量。

一般来说,电子电流从电源的负极流向正极,而常规电流从电源的正极流向负极。

电子电流是由自由电子的运动产生的,而常规电流是由自由正电荷的运动产生的。这两者都称为电流

电压

电压"V"只不过是导致电荷(电子)流动的电动势。从数学上来说,它可以写成

$$V = \frac{dW}{dQ}$$

其中,

  • W是势能,单位是焦耳。

  • Q是电荷,单位是库仑。

打个比方,电压可以看作是水流过管道时产生的压力,单位是伏特

功率

功率"P"只不过是电能流动的时间速率。从数学上来说,它可以写成

$$P = \frac{dW}{dt}$$

其中,

  • W是电能,以焦耳为单位。

  • t是时间,以秒为单位。

我们可以将上述等式改写为

$$P = \frac{dW}{dt} = \frac{dW}{dQ} imes \frac{dQ}{dt} = VI$$

因此,功率只不过是电压V和电流I乘积。其单位是瓦特

网络元件的类型

我们可以根据一些参数将网络元件分为各种类型。以下是网络元件的类型 −

  • 有源元件和无源元件

  • 线性元件和非线性元件

  • 双边元件和单边元件

有源元件和无源元件

我们可以根据输送功率的能力将网络元件分为有源无源

  • 有源元件将功率输送给电路中存在的其他元件。有时,它们可能会像无源元件一样吸收功率。这意味着有源元件既能输送功率,又能吸收功率。示例:电压源和电流源。

  • 无源元件不能向其他元件输送功率(能量),但它们可以吸收功率。这意味着这些元件要么以热量的形式耗散功率,要么以磁场或电场的形式储存能量。示例:电阻器、电感器和电容器。

线性元件和非线性元件

我们可以根据网络元件的特性将其分为线性非线性,以遵循线性属性。

  • 线性元件是电压和电流之间呈线性关系的元件。 示例:电阻器、电感器和电容器。

  • 非线性元件是指电压和电流之间不呈现线性关系的元件。示例:电压源和电流源。

双边元件和单边元件

根据电流流过网络元件的方向,网络元件也分为双边单边

双边元件是指允许电流在两个方向上流动并在电流的任一方向上提供相同阻抗的元件。 示例:电阻器、电感器和电容器。

下图说明了双边元件的概念。

双边元件

在上图中,电流 (I) 通过阻抗为 Z Ω 的无源元件从端子 A 流向 B。它是端子 A 和 B 之间该元件的电压 (V) 与电流 (I) 之比。

双边

在上图中,电流 (I) 通过阻抗为 Z Ω 的无源元件从端子 B 流向 A。这意味着电流 (-I) 从端子 A 流向 B。在这种情况下,我们也会得到相同的阻抗值,因为电流和电压相对于端子 A 和 B 都具有负号。

单向元件是那些只允许电流在一个方向上流动的元件。因此,它们在两个方向上提供不同的阻抗。