集总参数电路和节点

介绍

我们将认为我们的电路是由两个或两个以上的电路元件组成的,它们由完美的导体连接在一起。电路元件可以是电阻、晶体管、电容、电感、集成电路或任何其他对电压或电流有影响的设备。我们的“完美”导体可以是允许电流从一个元件流向另一个元件的导线。这种电路的表示包含一个潜在的假设:只有电路元件对电路中的能量存储或传输有影响1).由于能量集中在电路(元件)的离散点上,用这种方法表示的电路称为集总参数电路2)

图1显示了一个集总参数电路的例子。电路元件A、B、C和D影响电路中的能量;它们之间的连接线是完美的导体——它们可以传输任意数量的电流而不存储或消耗能量。

图1所示。指示元件和连接器的电路原理图。

电路节点

集总参数电路中的电路元件在节点处连接。当我们正在创建和分析电路时,电路节点的识别对于我们来说将极为重要。每个节点都具有单个唯一的电压,因此节点内可以没有电压下降(并且因此没有电路元件)。完美的导线不会导致电压降,因此节点可以包含完美的导体。示例电路如图2(a)所示。常见错误是识别电路中的七个节点,如点A,B,C,D,E,F和G所示。然而,节点B和C仅通过完美的导体连接,因此这两个点之间没有电压差;它们是同一节点的一部分。同样,完美的导体连接点f和g。因此,电路中只有五个节点,如图2所示。2(b)。

图2 (a)。电路的例子。

图2 (b)。示例电路中的节点。


定义:

  • 节点是连接两个或多个电路元件的电气“点”。由于完美导体不一定算电路元件,节点可以包含完美导体。
  • 还可以通过以下事实识别电路节点,即它们是所有电压的电路的部分。由于在完美导体上没有电压降,因此通过完美导体连接的电路中的任何点将处于相同的电压,因此将是同一节点的一部分。

物理电路节点

无焊料的电路试验板

物理上,电路元件可以以多种方式互连。然而,我们将在无焊接面包板上创建电路,因此我们只有几种选择:

  • 在无焊点的面包板上,一排的所有孔都由一根导线连接。因此,这五个孔自动形成一个节点,如图3所示。这使得我们可以通过将组件的端子插入同一行的孔中来实现组件间的互连。

图3.无焊接面包板上的三个不同节点。

  • 我们也可以用跳线来连接。跳线是良好的导体,因此我们将假设与跳线连接的点成为一个单一节点。图4显示了如何使用这种方法在黑板上创建超过5个孔的节点。

图4.使用跳线扩展节点。

显然,将任何物理连接器(如电线)认定为“完美”导体是不正确的;任何导线都会有一些非零电阻,并会在其两端造成一定的电压差。关键在于,导体的电阻与电路中其他元件的电阻相比,应该是可以忽略的,这样导体才会被认为“足够接近”于零,不会产生任何差异。例如,一根电阻为0.1Ω的导线,如果它连接两个10kΩ电阻,可能会被忽略。


重要的几点

  • 集总参数电路由离散电路元件组成,电路元件由理想导体连接。集总参数电路的一个基本假设是理想导体在没有电压降的情况下瞬间转移电流。
  • 如果所涉及的距离大,或者电压和电流变化非常迅速,则集合参数电路模型是不合适的。在这些情况下,必须使用分布式参数模型。这些模型比集总参数模型更多地数学上复杂。
  • 节点是连接两个或多个电路元件的电气“点”。节点可以从一个具有完美导体的几何点展开。
  • 还可以通过以下事实识别电路节点,即它们是所有电压的电路的部分。由于在完美导体上没有电压降,因此通过完美导体连接的电路中的任何点将处于相同的电压,因此将是同一节点的一部分。

测试你的知识

1.下面的电路有多少个节点?
问题1

2.下面的电路有多少个节点?
问题2

3.识别下面电路中的节点。
问题3

4.识别下面电路中的节点。
问题4


答案

1.3、如图所示。
问题1答案1

2.5、如图所示。
问题2答案2

3.五个节点,如下图所示。
问题3答案3

4.四个节点,如下图所示。(请注意,两个接地端子都在模拟发现™内部连接。这使它们成为相同的节点。)
问题4答案4


1) 记住,我们创建任何电路的目的都是为了传递能量来完成一些有用的任务。由于只有电路元件对能量有影响,它们是唯一对我们真正重要的东西。连接电路的导体(或导线)的存在只是为了在元件之间传递能量。
2) 当必须考虑电路元件之间的导体的效果时,存在案例。当从电路中从一个点到另一个点到另一个点的电力所需的时间发生很大时,就像我们在长距离传输电力时(如越野电力传输线)或电压和电流一样快速变化(如在现代计算机中与位切换相关的电压变化)。这种类型的电路称为分布式参数电路。根据您可能期望的,分析这些类型的数学所需的数学是比混合参数电路更困难。