网络理(lǐ)论促进更好的PCB设计和开发

2021-01-27

解决電(diàn)路和网络问题的研究称為(wèi)网络理(lǐ)论。网络理(lǐ)论概念对于网络分(fēn)析至关重要，这对PCB传输線(xiàn)和配電(diàn)网络的设计至关重要。您需要掌握電(diàn)路和网络组件的基础知识才能(néng)掌握网络分(fēn)析。 

网络概念的知识对于确保简化PCB制造流程也至关重要。以下是我们将在本文(wén)中讨论的一些网络理(lǐ)论的核心概念：

1 電(diàn)气网络和電(diàn)路有(yǒu)什么區(qū)别？

1.1 電(diàn)网

1.2 電(diàn)路

1.3 网元类型

1.4 有(yǒu)源和无源元件

1.5 線(xiàn)性和非線(xiàn)性元素

1.6 双边和单方面要素

2 网络理(lǐ)论术语

3 串联和并联電(diàn)路

4 基尔霍夫定律是什么？

5 什么是网络定理(lǐ)？

5.1 特勒根定理(lǐ)

5.2 戴维南定理(lǐ)

5.3 诺顿定理(lǐ)

5.4 叠加定理(lǐ)

6 网络分(fēn)析有(yǒu)哪些不同类型？

6.1 节点分(fēn)析

6.2 网格分(fēn)析

6.3 電(diàn)路中的网络拓扑

7 网络分(fēn)析中的网络图是什么？

電(diàn)网和電(diàn)路之间有(yǒu)什么區(qū)别？

网络和電(diàn)路之间的主要區(qū)别在于，网络不需要闭合的電(diàn)流路径，電(diàn)路不需要。

電(diàn)网

電(diàn)网包括互连的電(diàn)路元件，该電(diàn)路元件包括電(diàn)容器，電(diàn)阻器，電(diàn)感器和开关。 

電(diàn)路

電(diàn)路包括闭合路径，以促进来自提供電(diàn)流或電(diàn)压的電(diàn)源的電(diàn)子流动。同样，電(diàn)路元件可(kě)以串联或并联连接，也可(kě)以串联或并联组合。電(diàn)路是网络的子集。

网元类型

您可(kě)以根据各种参数将网络元素分(fēn)為(wèi)不同的类型：

主动和被动元素

線(xiàn)性和非線(xiàn)性元素

双边和单方面要素

主动和被动元素

当网络元素需要電(diàn)源来运行时，它被称為(wèi)活动元素。示例包括微处理(lǐ)器，运算放大器等。无源组件是那些不能(néng)由其他(tā)信号控制并且可(kě)以吸收或存储能(néng)量的组件。示例包括電(diàn)阻器，電(diàn)感器和電(diàn)容器。

線(xiàn)性和非線(xiàn)性元素

当网络元素显示電(diàn)压和電(diàn)流之间的線(xiàn)性关系时，它们称為(wèi)線(xiàn)性元素。这些包括電(diàn)容器，電(diàn)感器和電(diàn)阻器。当网络的元素在電(diàn)压和電(diàn)流之间不显示線(xiàn)性关系时，它们被称為(wèi)非線(xiàn)性元素。这些包括二极管，晶體(tǐ)管等。

双边和单方面要素

在此，根据流过这些元件的電(diàn)流方向对网络元件进行分(fēn)类。 

单边和双边要素

单边元件允许電(diàn)流单向流动。它们在两个方向上提供不同的阻抗。双向元件允许電(diàn)流在两个方向上流动，并在電(diàn)流的两个方向上提供相同的阻抗。这些组件包括電(diàn)容器，電(diàn)阻器和電(diàn)感器。

网络理(lǐ)论术语

这是网络理(lǐ)论的核心术语列表：

電(diàn)流–電(diàn)荷流动的时间率称為(wèi)電(diàn)流，用(yòng)安培（库仑/秒(miǎo)）為(wèi)单位的“ I”表示。

電(diàn)子電(diàn)流从電(diàn)源的负极流向正极。这是通过自由電(diàn)子的运动获得的。

常规電(diàn)流从電(diàn)源的正极流向负极，并由自由正電(diàn)荷的运动产生。

電(diàn)压–导致電(diàn)荷流动的電(diàn)动势称為(wèi)電(diàn)压。用(yòng)“ V”表示，以伏特為(wèi)单位

電(diàn)抗是交流電(diàn)路中電(diàn)容和電(diàn)感的组合。这用(yòng)X表示，倒数（1 / X）是電(diàn)纳（b）。

阻抗是交流電(diàn)中電(diàn)感和電(diàn)容的总和，用(yòng)Z表示。该逆数（1 / Z）称為(wèi)导纳Y。

電(diàn)阻在由R表示電(diàn)阻（1 / R）的倒数的電(diàn)路是由電(diàn)导G.表示

電(diàn)容的電(diàn)网络被表示為(wèi)C.

電(diàn)网中的電(diàn)感用(yòng)L表示。

欧姆定律

欧姆定律指出，通过两点之间的导體(tǐ)的電(diàn)流与两点之间的電(diàn)压成正比。

R = V / I，其中R是称為(wèi)電(diàn)阻的比例常数。V表示電(diàn)压，I表示電(diàn)流。 

串联和并联電(diàn)路

网络的最基本类型是串联或并联。对于串联電(diàn)路，总電(diàn)阻/阻抗是電(diàn)阻或阻抗的总和。同样，在并联電(diàn)路中，所得等效電(diàn)阻器（1 / R）的倒数等于并联连接的電(diàn)阻的倒数之和（1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3…）。

在串联電(diàn)路中，電(diàn)压是每个网络元件上的電(diàn)压之和，而每个元件上的電(diàn)流是相同的。当考虑并联電(diàn)路时，每个网络元件上的電(diàn)压均保持不变，而電(diàn)流与每个電(diàn)路的電(diàn)阻/阻抗成反比。

電(diàn)感器在阻抗和電(diàn)压方面遵循与電(diàn)阻器相同的原理(lǐ)，即串联電(diàn)感器的（L = L1 + L2 + L3…）。对于并联電(diàn)容器，（C = C1 + C2 + C3）。

串联電(diàn)路和并联電(diàn)路

基尔霍夫定律是什么？

基尔霍夫的電(diàn)路定律处理(lǐ)電(diàn)路中電(diàn)流和電(diàn)压之间的关系。

基尔霍夫的第一定律（也称為(wèi)基尔霍夫電(diàn)流定律）指出，電(diàn)路节点处的電(diàn)流总和等于零。

基尔霍夫第二定律指出，环路周围的電(diàn)压总和等于零。

基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第二定律

什么是网络定理(lǐ)？

网络定理(lǐ)是一个可(kě)证明的陈述，可(kě)以用(yòng)于求解電(diàn)路的電(diàn)压和電(diàn)流。以下是一些常用(yòng)的网络定理(lǐ)：

特勒根定理(lǐ)

特勒根定理(lǐ)指出，只要网络还符合基尔霍夫定律，网络中所有(yǒu)分(fēn)支的功率总和就等于零。对于具有(yǒu)b个分(fēn)支的网络：

特勒根定理(lǐ)

这广泛适用(yòng)于各种问题，并且对每种类型的网络元素都适用(yòng)-被动，主动，線(xiàn)性和非線(xiàn)性。

特温宁定理(lǐ)

塞维南定理(lǐ)指出，電(diàn)路中的任何网络元素集都可(kě)以由连接到负载的单个電(diàn)压源和串联電(diàn)阻代替。通过分(fēn)支开路确定相应的電(diàn)压，并且在電(diàn)阻情况下通过短路所有(yǒu)電(diàn)压源来计算。

特维宁等效電(diàn)路

诺顿定理(lǐ)

诺顿定理(lǐ)指出，任何一组网络元素都可(kě)以由单独的電(diàn)流源和并联電(diàn)阻表示。您可(kě)以通过使支路短路来计算相应的電(diàn)流。同样，您可(kě)以通过短路任何電(diàn)压源来确定電(diàn)阻值。

诺顿等效電(diàn)路

叠加定理(lǐ)

叠加使您可(kě)以通过分(fēn)别考虑每个電(diàn)流或電(diàn)压源并汇总结果来找到解决方案。当网络包含多(duō)个電(diàn)流或電(diàn)压源时，这很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。為(wèi)了单独考虑每个電(diàn)源，将其他(tā)现有(yǒu)電(diàn)压源短路，将電(diàn)流源设置為(wèi)开路。 

网络分(fēn)析有(yǒu)哪些不同类型？

网络分(fēn)析是一种用(yòng)于数學(xué)分(fēn)析网络的结构化方法。这对于工程师解决具有(yǒu)多(duō)个组件配置以及電(diàn)源和電(diàn)压源的電(diàn)路很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。此外，执行网络分(fēn)析使设计人员可(kě)以消除電(diàn)路效率低下的问题，并简化网络设计。这需要对网络理(lǐ)论概念有(yǒu)强大的命令。您还可(kě)以实施网络分(fēn)析，以简化電(diàn)路中的网络缩减技术，这是使電(diàn)路的尺寸和复杂性最小(xiǎo)化所必需的。

以下是一些网络分(fēn)析方法：

 节点分(fēn)析

节点分(fēn)析是一种使用(yòng)基尔霍夫第一定律分(fēn)析電(diàn)路的方法。您可(kě)以将节点電(diàn)压定义為(wèi)节点分(fēn)析中的变量以找到解决方案。这些是执行节点分(fēn)析的步骤：

為(wèi)每个节点分(fēn)配電(diàn)压，例如V1，V2等。

计算每个分(fēn)支中的電(diàn)流，例如从节点1到节点2，将電(diàn)阻表示為(wèi)R12，将分(fēn)支中的電(diàn)流计算為(wèi)I12 =（V1-V2）/ R12

在每个节点上应用(yòng)基尔霍夫的第一定律 

求解结果方程，得到每个节点的電(diàn)压

 网格分(fēn)析

网格分(fēn)析是一种在网络分(fēn)析中用(yòng)于计算平面電(diàn)路中電(diàn)流的方法。您可(kě)以在没有(yǒu)纵横交错连接的平面上描绘平面電(diàn)路。进行网格分(fēn)析的步骤如下：

為(wèi)网络中的每个闭环分(fēn)配网格或回路電(diàn)流

将基尔霍夫第二定律应用(yòng)于每个循环

求解结果方程，以确定环路電(diàn)流，然后确定网络電(diàn)压 

電(diàn)路中的网络拓扑 

网络拓扑是電(diàn)路的图形表示，可(kě)用(yòng)于分(fēn)析复杂的電(diàn)路。它也被称為(wèi)图论，并且是网络理(lǐ)论的组成部分(fēn)。

网络分(fēn)析中的网络图是什么？

网络图包括一组通过分(fēn)支连接的节点，一个节点是两个或多(duō)个分(fēn)支的交点。另外，您可(kě)以将分(fēn)支定义為(wèi)连接两个单独节点的線(xiàn)段。

通过将无源元件和電(diàn)压源互换短路，可(kě)以将所有(yǒu)電(diàn)路或网络转换為(wèi)等效图形。您还需要将電(diàn)流源与开路互换。因此，网络图中的線(xiàn)段要么代表電(diàn)路的電(diàn)压源，要么代表无源元件。

网络理(lǐ)论概念对于PCB设计至关重要。有(yǒu)抱负的PCB设计师，甚至是资深专家，都需要对网络理(lǐ)论有(yǒu)充分(fēn)的了解，才能(néng)设计出高效的网络和PCB。