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網(wǎng)絡(luò)理論促進(jìn)更好的PCB設(shè)計(jì)和開發(fā)
解決電路和網(wǎng)絡(luò)問題的研究稱為網(wǎng)絡(luò)理論。網(wǎng)絡(luò)理論概念對(duì)于網(wǎng)絡(luò)分析至關(guān)重要，這對(duì)PCB傳輸線和配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。您需要掌握電路和網(wǎng)絡(luò)組件的基礎(chǔ)知識(shí)才能掌握網(wǎng)絡(luò)分析。
網(wǎng)絡(luò)概念的知識(shí)對(duì)于確保簡(jiǎn)化PCB制造流程也至關(guān)重要。以下是我們將在本文中討論的一些網(wǎng)絡(luò)理論的核心概念：
1 電氣網(wǎng)絡(luò)和電路有什么區(qū)別？
1.1 電網(wǎng)
1.2 電路
1.3 網(wǎng)元類型
1.4 有源和無(wú)源元件
1.5 線性和非線性元素
1.6 雙邊和單方面要素
2 網(wǎng)絡(luò)理論術(shù)語(yǔ)
3 串聯(lián)和并聯(lián)電路
4 基爾霍夫定律是什么？
5 什么是網(wǎng)絡(luò)定理？
5.1 特勒根定理
5.2 戴維南定理
5.3 諾頓定理
5.4 疊加定理
6 網(wǎng)絡(luò)分析有哪些不同類型？
6.1 節(jié)點(diǎn)分析
6.2 網(wǎng)格分析
6.3 電路中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?span>
7 網(wǎng)絡(luò)分析中的網(wǎng)絡(luò)圖是什么？
電網(wǎng)和電路之間有什么區(qū)別？
網(wǎng)絡(luò)和電路之間的主要區(qū)別在于，網(wǎng)絡(luò)不需要閉合的電流路徑，電路不需要。
電網(wǎng)
電網(wǎng)包括互連的電路元件，該電路元件包括電容器，電阻器，電感器和開關(guān)。
電路
電路包括閉合路徑，以促進(jìn)來(lái)自提供電流或電壓的電源的電子流動(dòng)。同樣，電路元件可以串聯(lián)或并聯(lián)連接，也可以串聯(lián)或并聯(lián)組合。電路是網(wǎng)絡(luò)的子集。
網(wǎng)元類型
您可以根據(jù)各種參數(shù)將網(wǎng)絡(luò)元素分為不同的類型：
主動(dòng)和被動(dòng)元素
線性和非線性元素
雙邊和單方面要素
主動(dòng)和被動(dòng)元素
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元素需要電源來(lái)運(yùn)行時(shí)，它被稱為活動(dòng)元素。示例包括微處理器，運(yùn)算放大器等。無(wú)源組件是那些不能由其他信號(hào)控制并且可以吸收或存儲(chǔ)能量的組件。示例包括電阻器，電感器和電容器。
線性和非線性元素
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元素顯示電壓和電流之間的線性關(guān)系時(shí)，它們稱為線性元素。這些包括電容器，電感器和電阻器。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的元素在電壓和電流之間不顯示線性關(guān)系時(shí)，它們被稱為非線性元素。這些包括二極管，晶體管等。
雙邊和單方面要素
在此，根據(jù)流過這些元件的電流方向?qū)W(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行分類。
單邊和雙邊要素
單邊元件允許電流單向流動(dòng)。它們?cè)趦蓚€(gè)方向上提供不同的阻抗。雙向元件允許電流在兩個(gè)方向上流動(dòng)，并在電流的兩個(gè)方向上提供相同的阻抗。這些組件包括電容器，電阻器和電感器。
網(wǎng)絡(luò)理論術(shù)語(yǔ)
這是網(wǎng)絡(luò)理論的核心術(shù)語(yǔ)列表：
電流–電荷流動(dòng)的時(shí)間率稱為電流，用安培（庫(kù)侖/秒）為單位的“ I”表示。
電子電流從電源的負(fù)極流向正極。這是通過自由電子的運(yùn)動(dòng)獲得的。
常規(guī)電流從電源的正極流向負(fù)極，并由自由正電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。
電壓–導(dǎo)致電荷流動(dòng)的電動(dòng)勢(shì)稱為電壓。用“ V”表示，以伏特為單位
電抗是交流電路中電容和電感的組合。這用X表示，倒數(shù)（1 / X）是電納（b）。
阻抗是交流電中電感和電容的總和，用Z表示。該逆數(shù)（1 / Z）稱為導(dǎo)納Y。
電阻在由R表示電阻（1 / R）的倒數(shù)的電路是由電導(dǎo)G.表示
電容的電網(wǎng)絡(luò)被表示為C.
電網(wǎng)中的電感用L表示。
歐姆定律
歐姆定律指出，通過兩點(diǎn)之間的導(dǎo)體的電流與兩點(diǎn)之間的電壓成正比。
R = V / I，其中R是稱為電阻的比例常數(shù)。V表示電壓，I表示電流。
串聯(lián)和并聯(lián)電路
網(wǎng)絡(luò)的最基本類型是串聯(lián)或并聯(lián)。對(duì)于串聯(lián)電路，總電阻/阻抗是電阻或阻抗的總和。同樣，在并聯(lián)電路中，所得等效電阻器（1 / R）的倒數(shù)等于并聯(lián)連接的電阻的倒數(shù)之和（1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3…）。
在串聯(lián)電路中，電壓是每個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件上的電壓之和，而每個(gè)元件上的電流是相同的。當(dāng)考慮并聯(lián)電路時(shí)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件上的電壓均保持不變，而電流與每個(gè)電路的電阻/阻抗成反比。
電感器在阻抗和電壓方面遵循與電阻器相同的原理，即串聯(lián)電感器的（L = L1 + L2 + L3…）。對(duì)于并聯(lián)電容器，（C = C1 + C2 + C3）。
串聯(lián)電路和并聯(lián)電路
基爾霍夫定律是什么？
基爾霍夫的電路定律處理電路中電流和電壓之間的關(guān)系。
基爾霍夫的第一定律（也稱為基爾霍夫電流定律）指出，電路節(jié)點(diǎn)處的電流總和等于零。
基爾霍夫第二定律指出，環(huán)路周圍的電壓總和等于零。
基爾霍夫第一定律和基爾霍夫第二定律
什么是網(wǎng)絡(luò)定理？
網(wǎng)絡(luò)定理是一個(gè)可證明的陳述，可以用于求解電路的電壓和電流。以下是一些常用的網(wǎng)絡(luò)定理：
特勒根定理
特勒根定理指出，只要網(wǎng)絡(luò)還符合基爾霍夫定律，網(wǎng)絡(luò)中所有分支的功率總和就等于零。對(duì)于具有b個(gè)分支的網(wǎng)絡(luò)：
特勒根定理
這廣泛適用于各種問題，并且對(duì)每種類型的網(wǎng)絡(luò)元素都適用-被動(dòng)，主動(dòng)，線性和非線性。
特溫寧定理
塞維南定理指出，電路中的任何網(wǎng)絡(luò)元素集都可以由連接到負(fù)載的單個(gè)電壓源和串聯(lián)電阻代替。通過分支開路確定相應(yīng)的電壓，并且在電阻情況下通過短路所有電壓源來(lái)計(jì)算。
特維寧等效電路
諾頓定理
諾頓定理指出，任何一組網(wǎng)絡(luò)元素都可以由單獨(dú)的電流源和并聯(lián)電阻表示。您可以通過使支路短路來(lái)計(jì)算相應(yīng)的電流。同樣，您可以通過短路任何電壓源來(lái)確定電阻值。
諾頓等效電路
疊加定理
疊加使您可以通過分別考慮每個(gè)電流或電壓源并匯總結(jié)果來(lái)找到解決方案。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)電流或電壓源時(shí)，這很有用。為了單獨(dú)考慮每個(gè)電源，將其他現(xiàn)有電壓源短路，將電流源設(shè)置為開路。
網(wǎng)絡(luò)分析有哪些不同類型？
網(wǎng)絡(luò)分析是一種用于數(shù)學(xué)分析網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化方法。這對(duì)于工程師解決具有多個(gè)組件配置以及電源和電壓源的電路很有用。此外，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)分析使設(shè)計(jì)人員可以消除電路效率低下的問題，并簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。這需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)理論概念有強(qiáng)大的命令。您還可以實(shí)施網(wǎng)絡(luò)分析，以簡(jiǎn)化電路中的網(wǎng)絡(luò)縮減技術(shù)，這是使電路的尺寸和復(fù)雜性最小化所必需的。
以下是一些網(wǎng)絡(luò)分析方法：
節(jié)點(diǎn)分析
節(jié)點(diǎn)分析是一種使用基爾霍夫第一定律分析電路的方法。您可以將節(jié)點(diǎn)電壓定義為節(jié)點(diǎn)分析中的變量以找到解決方案。這些是執(zhí)行節(jié)點(diǎn)分析的步驟：
為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配電壓，例如V1，V2等。
計(jì)算每個(gè)分支中的電流，例如從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2，將電阻表示為R12，將分支中的電流計(jì)算為I12 =（V1-V2）/ R12
在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上應(yīng)用基爾霍夫的第一定律
求解結(jié)果方程，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓
網(wǎng)格分析
網(wǎng)格分析是一種在網(wǎng)絡(luò)分析中用于計(jì)算平面電路中電流的方法。您可以在沒有縱橫交錯(cuò)連接的平面上描繪平面電路。進(jìn)行網(wǎng)格分析的步驟如下：
為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)閉環(huán)分配網(wǎng)格或回路電流
將基爾霍夫第二定律應(yīng)用于每個(gè)循環(huán)
求解結(jié)果方程，以確定環(huán)路電流，然后確定網(wǎng)絡(luò)電壓
電路中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?span>
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫请娐返膱D形表示，可用于分析復(fù)雜的電路。它也被稱為圖論，并且是網(wǎng)絡(luò)理論的組成部分。
網(wǎng)絡(luò)分析中的網(wǎng)絡(luò)圖是什么？
網(wǎng)絡(luò)圖包括一組通過分支連接的節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)是兩個(gè)或多個(gè)分支的交點(diǎn)。另外，您可以將分支定義為連接兩個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)的線段。
通過將無(wú)源元件和電壓源互換短路，可以將所有電路或網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為等效圖形。您還需要將電流源與開路互換。因此，網(wǎng)絡(luò)圖中的線段要么代表電路的電壓源，要么代表無(wú)源元件。
網(wǎng)絡(luò)理論概念對(duì)于PCB設(shè)計(jì)至關(guān)重要。有抱負(fù)的PCB設(shè)計(jì)師，甚至是資深專家，都需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)理論有充分的了解，才能設(shè)計(jì)出高效的網(wǎng)絡(luò)和PCB。