前言
最近我开始了系统性学习嵌入式相关知识的计划,主要包括Linux操作系统、数据结构与算法以及电路原理三个方向。虽然目前积累的知识还不够深入,但我发现电路方面的学习特别有趣且实用,想先分享一些这方面的学习心得与笔记把。
我使用的是 邱关源 先生编写的电路第六版
一、电路模型与电路定理
第一章还是挺简单的很多的知识点也只是一些概念的东西
关联方向:如果指定的电流是从元件的正极流入,从负极流出称为关联方向
非关联方向:与关联方向相反。
功率 p = iu; 能量 w = iv^2;
线性电阻:在电压和电流取关联方向时,在任何时刻它两端的电压和电流都服从欧姆定律
电压源:直流电压源的伏安特性电压不随时间发生改变。
电流源:电流不随时间改变。
基尔霍夫电流定律(KCL)
基尔霍夫电流定律指出,在电路中的任一节点,流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。
基尔霍夫电压定律(KVL)
基尔霍夫电压定律指出,沿闭合回路的电压代数和为零。
这两个定律可以说是重中之重,在后续的学习之中都有他们的影子,可以说是梦开始的地方了,其实也是非常的易懂。
KCL是从一个节点流入的电流和流出的电流和相等,KVL则是一个回路的元器件的电压和为零。
而回路是指电流从电源正极出发,经过导线、元器件后返回电源负极的闭合路径。
感觉在第一章也就只有这些内容了。这一章主要介绍了基本概念和背景知识,为后续章节的内容做铺垫。
二、电阻电路的等效替换
电阻串联时,每一个电阻中的电流为同一个电流;电阻的分压等于Uk = Rki = (Rk/Req)i
电组并联时,各个电阻电压为同一个电压
惠斯通电桥
当电阻的连接是一个惠斯通电桥时需要考虑到如果R1R2 = R3R4 那么中间的原件就会短路。
电阻的Y型联结与型联结的等效变换
主要公式与图示如下,该变换的核心作用在于简化复杂电路结构,便于计算电路各项参数。
电流与电压的串并联
为简化电路设计,可对电源进行合并,但需遵循以下约束条件:
仅允许电动势相等且极性相同的电压源并联仅允许电流值相等且方向相同的电流源串联电压源与电流源并联时:
对外等效为电压源电压源电流受电流源影响
电流源与电压源串联时:
对外等效为电流源电流源电压受电压源影响
当电路不含任何独立电源时,可等效为单一电阻
注:所有电源合并操作均需确保不改变原电路的外部特性。
三、电阻电路的一般分析
在分析复杂线性电路时,工程师通常采用以下几种系统化的分析方法来解决电路中的电压、电流分布问题。这些方法各有特点,适用于不同结构的电路网络:
支路电流法(Branch Current Method)
基本思路:以各支路电流为未知量,直接应用KCL和KVL建立方程适用场景:小型电路(支路数较少的情况)特点:直观但方程数量较多(等于支路数)示例:对于一个包含3个支路的简单电路,需要建立3个独立方程
网孔电流法(Mesh Current Method)
基本思路:假设每个网孔存在虚拟的网孔电流,利用KVL建立方程适用场景:平面电路(可绘制在平面上无交叉支路的电路)特点:方程数=网孔数,比支路法更高效步骤说明: a) 确定电路中的独立网孔 b) 为每个网孔假设顺时针方向的网孔电流 c) 根据KVL列出各网孔电压方程 d) 解方程组求取网孔电流
回路电流法(Loop Current Method)
基本思路:选择独立回路,假设回路电流,比网孔法更灵活适用场景:非平面电路或复杂网络特点:回路选择有自由度,需确保所选回路独立应用示例:分析变压器等效电路时常用此法
节点电流法(Node Voltage Method)
基本思路:选择参考节点,以节点电压为变量,应用KCL建立方程适用场景:节点数少于网孔数的电路特点:特别适合含多个并联支路的电路注意事项:
必须正确选择参考节点(通常选连接支路最多的节点)对含电压源的支路需要特殊处
由于参考了教材,我的笔记不会太详细。教材在解多元方程组时采用了线性代数中的克莱姆法则。刚上大学时还没学过这个方法不太理解,现在才真正明白它的原理。
结语
这几章内容中,第三章最为关键也最具挑战性。特别是电路知识这类偏学术性的内容,理解容易但实践困难,初次接触时确实让人摸不着头脑(@_@),还需要持续钻研。
关于电路知识的整理暂时到此为止。虽然后续章节的内容也有学习,但考虑到第四、五章内容更加丰富且重要,我决定延后做详细分享。