优选电网络理论演示ppt

+
+
u1
N1
N2
u2 Z2
-
-
保持
L1 L2
为定值且L1→∞， L2→∞，M→∞
Zin
u1 N1 n u2 N2
出版社 2007.9
5、《电路》（第五版） 邱关源著 高等教育出版社 2006.3
第3页，共28页。
第一章 网络元件和网络特性
§1 网络的基本概念
一、网络、电路与系统 无论是电力系统的电力传输或电能转换，还是电子技术、通信
技术、计算机技术或控制技术中的信号传输与变换处理等等，都离 不开网络。所有这些网络，从本质上讲，都是电路。任何一个系统 ，其响应与激励之间的关系，都是通过网络建立起来的。
I2
=
I
I3
U1 R
U2 R
U2 R
U1 R
I1
U2 R
gU 2
I
2
U1 R
gU1
第21页，共28页。
(2) Riordan电路（里奥登电路）
以阻抗Z为“回转”对象的回转器电路
R
R2 Zin = Z
+ +
I1
+
-
U2 R
-
U3
U1 RZ
—
R
U2
=
(1 +
Z R
)U1
U3
=
U1
U1
u1
d 1
dt
f1 i1
di1 dt
f1 i2
di2 dt
i1
+ u1
u2
d 2
dt
f2 i1
di1 dt
f2 i2
di2 dt
-
i2
+ u2
-
若为线性时不变互感元件
1 L1i1 Mi2 11 12 2 L2i2 Mi1 22 21
u1
L1
di1 dt
M
di2 dt
i1 +
M i2 +
如输出端接电容元件C:
Z2
=
1 sC
则
Z1
=
-
1 k
Z2
=
-
1 k
1 sC
=
1 s(-kC )
从端口1看进去相当于一个 -kC的电容
如输出端接电阻R:
则
Z1
=
-
R k
从端口1看进去相当于一个 - R 的电阻 k
第16页，共28页。
负电阻的应用之一：
在RLC串联二阶电路零输入响应中，由于电阻的存在，呈现
I1 +
U1
-
+ U1
-
I2 +
C U2
-
I1 Leq
第19页，共28页。
回转器可以由运算放大器等有源器件构成
(1) 用两个负阻抗变换器来实现的回转器电路
R0
I1 I5 + -
+
I7
U1
R
-
R0 R0
R0
I6 I I3 + -
I4
R
I2
+
R
ZL U2
-
其端口特性：
I1
=
1 R
U
2
I2
=
-
1 R
U
1
U2 R
R
2U1
U2
U1
Z R
U1
=
(1
Z R
)U1
I1
=
U1 U3 R
Z R2 U1
Zin
=
U1 I1
R2 Z
I1 +
若Z = 1
sC
则Zin = sCR2 = sLeq
Leq = CR2
U1
-
Leq
第22页，共28页。
六、互感器
若为非线性时不变互感元件
1 f1(i1, i2 ) 2 f2 (i1, i2 )
Rf Rs
if
ui RS is
-
+
Ro
+
+
A (u+-u-) uo
-
-
Rf
uo
第14页，共28页。
四、负阻抗变换器（NIC)
电流反向型(CNIC)
U1 U2
I1 kI2 (k为正实数）
I1 + U1
-
Z1
I2 + U2
-
端口2接入阻抗Z2:
Z2
Z2
U2 I2
电压反向型(VNIC)
U1 kU2 (k为正实数） I1 I2
-
ic c
+
uce ie -
e
ic
+
uce
βib -
二、受控电源
受控电源又称“非独立”电源，因其电压或电流的大小不是独 立的，而受电路中某部分电压或电流控制。
受控电源也是从电子器件抽象而来的理想元件。
第12页，共28页。
例如：
晶体管的集电极电流受基极电流控制； CCCS
场效应管漏极电流受栅极电压控制； VCCS
根据“虚断”得： I5 = I6 0
R1
R2
I1 = I3 I2 = I4
I3 + -
I4
且I3 R1 = I4 R2
+ I1 I5 U1
I6
I2 + ZL U2
-
-
I1
=
I3
=
R2 R1
I4
R2 R1
I2
kI2
电流反向型(CNIC)
即UI11
U2 = kI2
(CNIC)
Z1
=
U1 I1
=
非振荡放电 (R 2 L C )或振荡放电 (R 2 L C )现象。
（即使不加电阻，但线圈中含有电阻）
S(t=0) R i
+
C uc
-
+
L uL
-
串联NIC，利用NIC产生负电阻，与线圈电阻抵消，使响应为 等幅振荡。
第17页，共28页。
实际中通常采用运算放大器来实现NIC
根据“虚短”得： U1 U2
对于CNIC: 对于VNIC:
Z1
U1 I1
U2 kI2
1 k
Z2
Z1
U1 I1
k U2 I2
kZ2
NIC能将接在一个端口的阻抗变换成另一端口的负阻抗
第15页，共28页。
如输出端接电感元件L: Z2 = sL
则
Z1
=
-
1 k
Z2
=
-
1 k
sL
=
s(-
L) k
从端口1看进去相当于一个 - L 的电感 k
u12
2
i2
+-
i1
i1 i2 i3 0
只有4个独立变量
+ u23
u12 u23 u31 0
u31
i3
+ 3
-
∴对于n端元件，分别有（n-1）个独立电流变量、
（n-1）个独立电压变量，共2(n-1）个独立变量。
以晶体管为例，在低频条件下：
ube h11ib h12uce ic h21ib h22uce H参数表示该二端口
所谓系统，是针对网络、激励和响应这三部分构成的整体而言的。 对于任何一个具有某种特定功能的系统，其核心和关键部分就是网络。
第4页，共28页。
二、二端网络与单端口网络
任何只有两个端钮与外部联接的网络，称为二端网络。 由KCL得知流入端的电流与流出端的电流相等，故又称为单端口网
络。
三、多端网络与多端口网络
i1
(t
)
1 n
i2
(t
)
i1
+
u1
L1
-
1 n i2
i2
+ u2
-
如果有n个彼此具有互感的线圈，在线性时不变条件下，
u1 L11 L12
u2
L21
L22
un
Ln1
Ln 2
L1n i1
L2n
d
i2
dt
Lnn
in
第25页，共28页。
七、理想变压器
i1
n:1
i2
理想化条件 ： 无损耗; 全耦合 k=1；
流控型电感 ：磁控型电感 ：单调型电感：
f (i,t) i h( ,t)
iΨ +u-
伏安特性：
f (i,t)
u d f (i,t) di f (i,t)
dt i dt t
第9页，共28页。
若 f (i,t) =0 t
时不变流控电感
非线性 线性
f (i)
u
df (i) di
di dt
11 L1 u1 n
di2 dt
i1(t)
1 L1
t 0
u1dt
i1 (0)
1 n
i2
(t)
1 n
i2
(0)
若线圈无初始电流，则
1t
1
i1(t) L1 0 u1dt n i2 (t)
第24页，共28页。
i1(t)
1 L1
t 0
u1dt
1 n
i2
(t)
只有在L1→∞，从而 L2→∞ M→∞时
（优选）电网络理论第一章ppt 讲解
第1页，共28页。
电网络分析 :
•网络元件和网络基本性质 •网络图论基本理论 •网络的矩阵分析方法
•网络的状态变量分析方法 •非线性电路 •无源网络的分析方法 • 均匀传输线
第2页，共28页。
参考书：
1、《网络分析与综合》 俎云霄 吕玉琴编著 机械工业出版社 2007.1 2、《电网络理论》彭正未编著 武汉水利电力大学出版社 1999.3 3、《电网络理论》周庭阳 张红岩编著 机械工业出版社 2008.6 4、《高等电力网络分析》（第二版） 张伯明 陈寿孙 严正著 清华大学
+
+
ri1 u2
-
-
回转器具有将一端口电流“回转”成另一端口电压，或将一端口电
压“回转”成另一端口电流的特性。
利用这一特性，可方便地将电容回转成电感。
Z1
=
U1 I1
=
-rI2 U2
=
r2
-I2 U2
=
r2 Z2
r
若在2侧端口接电容:
ZC
=
1 sC则
Z1 = sr 2C = sLeq
即从1侧端口看等效为一个电感 Leq = r 2C
运算放大器的输出电压受输入电压控制； VCVS 特别是运算放大器可组成四种受控源的形式。
电压控制电压源（VCVS)
u2 u1
i1
+
u1
-
i2
+
+
μu1 u2
-
-
电流控制电压源（CCVS)
u2 ri1
i1
+
u1
-
i2
+
+
ri1 u2
-
-
第13页，共28页。
电压控制电流源（VCCS)
i2 gu1
dt u dt t
动态电容
非线性 q f (u) 线性 q Cu
df (u) du
du
i du dt Cd(u) dt
i C du dt
第8页，共28页。
线性时变电容：
q C(t)u
i dq C(t) du u dC(t)
dt
dt dt
三、电感元件（无源元件，储能元件）
韦安特性：
i1
+
u1
-
i2
+
gu1 u2
-
电流控制电流源（CCCS)
i2 i1
i1
+
u1
-
i2
+
βi1 u2
-
三、运算放大器 u- -
u+
+
uo A(u u )
ii
uo
u-
Ri
u+
理想运放： Ri , Ro 0, A
虚短 u u 虚断： ii 0
： 外接负反馈：
uo
Rf Rs
ui
Af
uo ui
单调型电阻：
u
u
i
R
+u-
i +u-
u
o
o
i
o
o
i
i
i
第6页，共28页。
非线性电阻参数：
动态电阻：
Rd
du di
tg
静态电阻：
Rs
u i
tg
动态电导：
Gd
1 Rd
静态电导：
1 Gs Rs
o
u
α
i
β
时不变电阻 ：
时变电阻
u f (i) i g(u)
线性时变电阻： u R(t)i
非线性时变电阻： u f (i, t)
11 22
L1L2
L1L2
若是理想变压器，k = 1, 有 M L1L2
电压比
n
u1
L1
di1 dt
L1L2
di2 dt
u2
L1L2
di1 dt
L2
di2 dt
初级、次级线圈电流关系
L1 N1 L2 N2
u1
L1
di1 dt
L1L2
di2 dt
di1 dt
1 L1
u1
L2 L1
di2 dt
根据回转器定义式，可得 g＝1/R
Z1
=
U1 I1
=
- RI 2 U2
=
R2 ZL
R
第20页，共28页。
R0
I1 I5 + -
+
I7
U1
R
-
R0 R0
I6 I I3 + -
R
R0
I4 I2 +
R
ZL U2
-
I5
=
I6
I
U1
U2 R
U1 R
U2 R
I1
=
I7
I5
U1 R
I5
U2 R
I3
=
I4
U2 R
Ld (i)
di dt
Li u L di
dt
动态电感
线性时变电感：
L(t)i
u d L(t) di i dL(t)
dt
dt dt
实际中使用的电感会受到磁滞特性的影响，其ψ-i或i-ψ具有磁滞特
性，某一时刻的工作状态与前期状态有关。
第10页，共28页。
§3 多端元件及受控电源
1
一、多端元件 如三端元件：
u2
M
di1 dt
L2
di2 dt
u1
-
L1
L2
u2
-
L1 、L2为两线圈自感，M为两线圈间的互感
当线圈电流参考方向同时从同名端流入或
流出时，M取“+”，反之取“-”
I1 sL1
+
+
U1
sMI2
-
-
sL2 I2
+
+
sMI1
-
U2