电路分析的一般方法..ppt

第一章电路分析的一般方法 武汉理工大学 信息工程学院 课程介绍 本课程主要内容： 网络图论及电路的矩阵方程 网络的状态方程，非线性直流电路矩阵分析，建立电路系统方程的一般方法 非正弦周期电路的稳态分析法，线性定常电路的频域分析法，对称三相非正弦周期函数的频谱 动态电路的复频域分析（拉普拉斯变换法） 网络分析的状态空间分析 现代数字系统设计概述 数字系统的建模和结构 数字系统的算法描述 基于CPLD与FPGA的数字系统设计 课程介绍 预期目标 了解电路与系统的前沿研究方向，进一步掌握电路与系统的基本概念、基本理论，重点掌握电路与系统的网络分析、矩阵分析方法及现代电路与系统的主要分析与设计理论与方法。 重点与难点 本课程的重点是电路与系统的网络分析、矩阵分析、状态空间分析和随机系统分析。难点是基于CPLD与FPGA的数字系统设计。 教材： 自编讲义 课程介绍 教材 自编讲义 参考书 《现代电路分析（第二版）》杜普选等编著，清华大学出版社；2004年 《基于FPGA的嵌入式系统设计》徐帆等，机械工业出版社，2005年 《现代数字系统设计》侯伯亨. 西安电子科技大学出版社； 2006年 《EDA技术与VHDL》潘松. 清华大学出版社； 2007年 课程介绍 课程介绍 课程目录 第一章 电路分析的一般方法 第二章 非正弦周期电流电路的稳态分析 第三章 动态电路复频域分析——拉普拉斯变换法 第四章 双口网络 第五章 网络分析的状态变量分析法 第六章 均匀传输线的正弦稳态分析 第七章 无损耗线的暂态分析 第八章 现代数字系统设计概述 第九章 基于CPLD与FPGA的数字系统设计 电路分析的一般方法 图论是数学领域中一个十分重要的分支，本课程所涉及的只是图论在电网络中的应用，称网络图论。网络图论也称网络拓扑。 为在计算机上列出一个复杂网络的方程，必须用到网络图论和线性代数的一些概念。 网络图论已成为电网络计算机辅助分析中重要基础知识和不可缺少的工具。 基尔霍夫定律是集中参数电路的基本定律，它说明电路中各部分电流和电压之间的约束关系，因为它只与电路的几何结构有关，我们用拓扑学中的一个重要分支——图论来研究。 因此结构约束又叫拓扑约束。 电路课程学习了几种有效的电路分析方法， 回路电流法 节点电压法 当电路结构简单时，可由人工用观察法列出电路方程。 当电路结构日趋复杂时，为了便于计算机辅助电路分析，有必要研究建立电路方程的方法；为了便于计算机求解方程，电路方程应使用矩阵形式表示。 本章介绍： 电路方程的矩阵形式极其系统建立法，它是电路的计算机辅助设计和分析所需的基本知识。 1.1 网络的图 树 割集定义中的要点 ①移去割集后的图不连通； ②该不连通图具有两个分离部分（而不是多个）； ③割集是一个最小支路集合（少移去其中任意支路的图仍连通）。 线图象电路图一样可分成平面图和非平面图。 平面图能够画在一个平面上，并且除端点外所有支路都没有交叉的图。否则叫非平面图。 平面图的节点和支路构成一个凸多面体的顶点和棱。如果把其中任意一个面“扩大”，可把其它的面都包在里面而摊成平面。 也可以把某些支路拉伸到外侧而摊成平面。如： 再如下面的图，无论把支路伸缩还是把支路拉伸到外侧，要想把该图画在平面上，而各支路都不交叉是不可能的，因而是非平面图。 一个电路线图可构成多少种树呢？ 一个具有n个节点的网络，如果每对节点之间都有一条支路相连，则它的图形共有nn-2种树。 如上面的线图，共有四个节点，因此应有16种树。 选定一种树后，线图的支路就分成了二种： 树支：属于树的支路。 连支：不属于树的支路。 从上面的16种树中我们可以看出，它们的树支数目是相同的，即有3条树支。该线图有四个节点，也就是树支的数目比节点数少1。 本节的基本要求 掌握基本回路和基本割集的定义； 理解基本回路KVL的独立性 理解基本割集KCL的独立性 理解树支电压的独立性和连支电流的独立性。 本节的基本要求 熟练掌握关联矩阵的定义 掌握用关联矩阵表达基尔霍夫定律。 本节的基本要求 掌握基本回路矩阵的定义 掌握用基本回路矩阵表达基尔霍夫定律 本节的基本要求 理解基本割集矩阵的定义 掌握用基本割集矩阵表达基尔霍夫定律 本节的基本要求 掌握广义支路的定义 掌握广义支路方程的矩阵形式 理解定义广义支路的目的。 本节的基本要求 掌握用关联矩阵形式的基尔霍夫定律方程建立节点电压方程的步骤。 例1 利用本节方法列写图(a)所示电路的节点电压方程。 其中U 、I——支路电压向量与支路电流向量； 若矩阵Z存在逆矩阵Z-1，令Y= Z-1 ，并乘U=ZI-ZIS+US两端，得 支路源电压向量 支路阻抗矩阵 支路源电流向量 支路导纳矩