电网络理论

一、电网络理论简介电网络理论是一种科学的技术，它利用数学和电子学的知识，研究电路中的电流、电压、功率等参数之间的关系，以及电路中的电力系统设备之间的相互作用。

电网络理论是电力系统中最基本的理论，它涉及电力系统中的结构、电压、电流、功率、功率因数、电抗、抗功率、线路损耗、电力系统的稳定性和控制等等。

二、电网络理论的基本概念电网络理论的基本概念包括：网络、节点、支路、电压、电流、功率、功率因数、电抗、抗功率、线路损耗等等。

1.网络：网络是由电路中的节点和支路连接而成的系统，它是电力系统中最基本的概念。

2.节点：节点是网络中的一个点，它可以是一个源、一个接受器或一个电路元件。

3.支路：支路是网络中的一条连接线，它由一个或多个电压源、电流源或电路元件连接而成。

4.电压：电压是指电路中电势的大小，它是电路中电流的动力来源。

5.电流：电流是指电路中电子的流动，它是电路中能量的载体。

6.功率：功率是指电路中电能的传递，它是电路中能量的质量。

7.功率因数：功率因数是指电路中电能的利用率，它是电路中能量的效率。

8.电抗：电抗是指电路中电阻的大小，它是电路中电流的阻碍。

9.抗功率：抗功率是指电路中电阻的影响，它是电路中功率的阻碍。

10.线路损耗：线路损耗是指电路中电能的消耗，它是电路中能量的损失。

三、电网络理论的分析方法1.电网络的结构分析：结构分析是指分析电网络的结构，它包括节点分析、支路分析和网络分析等。

2.电网络的参数分析：参数分析是指分析电网络中的电压、电流、功率、功率因数、电抗、抗功率、线路损耗等参数之间的关系，它包括电压分析、电流分析、功率分析、功率因数分析、电抗分析、抗功率分析、线路损耗分析等。

3.电网络的稳定性分析：稳定性分析是指分析电网络的稳定性，它包括稳定性分析、暂态分析、谐振分析、瞬态分析等。

4.电网络的控制分析：控制分析是指分析电网络的控制，它包括控制分析、调节分析、保护分析、自动控制分析等。

电网络理论电网络理论是电力系统的基础理论，通过对电路中电流、电压、功率和能量等参数的分析和研究，以及电路中的元件如电阻、电容和电感等的特性和相互关系，来研究电路中的电能传输、控制和转换问题。

本文将从电网络的基本原理、电路分析方法、交直流电路、三相电路和磁电路等方面来介绍电网络理论。

一、电网络的基本原理电网络是由电路元件按照一定的连接方式组成，在电路中产生或传输电能的一种电学系统。

它包含基本电路、复合电路和控制电路等三种基本类型。

其中，基本电路只由一种电路元件构成，例如电阻、电容和电感等单元，例子如图1所示。

图1：基本电路复合电路由多种电路元件组合而成，可以分为串联、并联、树型等不同结构，例子如图2所示。

图2：复合电路控制电路则在复合电路的基础上增加了逻辑控制包括开关、计算机等，在实现空间、时间、功能上高度复杂，例子如图3所示。

图3：控制电路每种电路元件都有其对电能的特性消耗、储存、转换的贡献，而每种电路结构规则所连接的电路元件也影响了电路的性能特征。

因此，电网络理论的基本任务是分析和预测电路中电信号之间的关系和影响。

二、电路分析方法为了研究电路中的各种性质，需要采用适当的方法来分析电路。

电路分析方法主要分为两大类，即基本法和派生法。

1.基本法基本法是指对简单电路采用基本关系式和物理学原理求解电路中的电压、电流和功率各种参数的方法。

其中包括：(1)基尔霍夫电压定律法和基尔霍夫电流定律法，用于求解电路中各节点的电压和电流。

(2)欧姆定律法，用于求解电路中电阻元件的电流和电压。

(3)功率方程法，用于求解电路中的功率分配和传输。

(4)电荷守恒定律法，用于求解电路中的电荷分布和电场特性等。

如图4所示的简单电路，可以采用基本法来计算其中的电路参数。

图4：简单电路2.派生法派生法是指通过用已知电路中的节点电压、电流或电阻替换未知元件来简化复杂电路求解问题的方法。

其中的常用方法有：(1)串并联电路转换，用于求解串联、并联电路特性和电路等效性分析。

2023年博士生入学考试初试科目考试大纲
科目名称：电网络理论
一、考试总体要求
《电网络理论》是介绍现代电路分析中一些较为成熟和先进的内容,是了解现代电路理论的“窗口”。

牢记基本概念,掌握基本方法,与大学电路原理的内容有机地联系在一起。

掌握与电气工程及电子工程相关的电路理论的一些新思想、新方法、新元件和新进展。

综合利用所学知识解决复杂电路分析计算问题。

二、考试内容
1．网络理论基础：网络元件的新体系，网络的互联规律性以及网络及元件的基本性质，如（1）线性与非线性、（2）无源性和有源性、（3）时变性与时不变性、（4）互易性与非互易性等。

2.简单非线性电路：非线性电阻电路的基本概念和常用分析方法以及一、二阶非
线性动态电路的分析方法。

重点掌握低阶自治电路的定性分析。

3．多口网络：含源及无源多口网络的常见矩阵表示法，重点掌握不定导纳矩阵的计算方法及其应用。

4．电路的代数方程：电路代数方程的矩阵形式，混合分析法，稀疏表格法和改进节点法，重点掌握混合分析法和改进节点法。

5．动态电路的时域方程：网络分析的状态变量法，状态方程的列写，线性状态方程的解析解法，重点掌握含有高阶元件、非线性元件或非常态电路的状态方程的列写。

6．网络的灵敏度分析：灵敏度分析的意义和在本专业分析计算中的主要应用，重点掌握伴随网络法。

三、考试题型
证明题、计算题、论述题
四、参考书目
1．梁贵书．高等电网络．讲义．．2.．高等电力网络分析． 2007。

电网络理论考题总结（简答题）【1】N端口线性时变与非线性的电感元件、电容元件的定义，并举例。

线性时变电感：N端口元件满足关系，且为矩阵，与Ψ=L i(t)L(t)(N-1)×(N-1)磁链及电流无关。

线性时变电容：N端口元件满足关系，且为矩阵，与q=C v(t)C(t)(N-1)×(N-1)电荷及电压无关。

（电阻定义类似）☛☛☛一个不含时变元件的电路称为时不变电路，否则为时变电路。

若一个电容元件的库伏特性不是一条通过坐标原点的直线，该种电容就是非线性电容；电感的磁通链和电流间的函数关系为韦安特性，若电感元件的韦安特性不是一条过坐标原点的直线，则为非线性电感元件。

【2】N端口非线性电路的定义。

一是根据电路元件的特性来定义（含非线性元件即为非线性电路）；二是根据输入输出关系来定义（端口型定义，网络输入输出关系不同时存在可加性和齐次性时即为端口型非线性网络）。

【3】高阶有源滤波器的设计步骤。

（根据相应实例写步骤）一般：高阶：给出设计指标，根据设计指标选择逼近函数；确定阶数、找到对应的无源网络模型；选择实现方法（级联、多路反馈、无源模拟等）；参数退归一化；注意补偿、修正电路（直流通路）。

选取逼近函数类型；根据设计要求确定阶数；找到对应逼近函数的无源低通网络模型；选择实现方法（级联、多路反馈、无源模拟等）；根据要求的滤波器类型进行变换（如仿真电感、F D N R、L F等）；参数退归一化。

二阶：S a l l e n K e y---L P、H P、B P、高通、陷波或者双积分回路---K H NT T。

【4】高阶有源滤波器的分类。

按使用的器件：仿真电感、F D N R、C CⅡ、跨导电容、运放；按设计方法：级联法、多路反馈法、无源模拟法。

【5】高阶有源滤波器的设计方法，它们的共同点和特点。

❶级联法：级联滤波器易于调节和优化动态范围，但设计时各极、零点的搭配要慎重考虑，以实现较低灵敏度。

电网络分析综述电路CAD技术是电路分析、设计、验证的有力工具，随着集成电路特征尺寸进入纳米时代，电路的规模越来越大，工作频率越来越高，芯片上市时间越来越短，以集成电路CAD为基础的电子设计自动化(EDA)已经成为提高设计效率、优化电路性能，增加芯片可靠性和提高芯片合格率的新兴产业，渗入到集成电路设计的每一阶段。

电路CAD已经有近40年的历史，涉及电路理论、半导体器件物理、线性与非线性方程组的求解方法、最优化涉及、数值分析和计算机软件等多个领域。

纳米时代的到来既为电路CAD技术带来了机遇，也使之前面临更大的挑战。

随着集成电路与计算机的迅速发展，以电子计算机辅助设计为基础的电子设计自动化技术已经成为电子学领域的重要学科，并已形成一个独立的产业。

它的兴起与发展，又促进了集成电路和电子系统的迅速发展。

当前，集成电路的集成度越来越高，电子系统的复杂程度日益增大，而电子产品在市场上所面临的竞争却日趋激烈，产品在社会上的收益寿命越来越短，甚至只有一二年时间。

处于如此高速发展和激烈竞争的电子世界，电路设计工作者必须拥有强大有力的EDA 工具才能面对各种挑战，高效地创造出新的电子产品。

20世纪70年代到80年代初期，电子计算机的运算速度、存储量和图形功能还正在发展之中，电子CAD和EDA技术还没有形成系统，仅是一些孤立的软件程序。

这些软件在逻辑仿真、电路仿真和印刷电路板(PCB)、IC版图绘制等方面取代了设计人员靠手工进行繁琐计算、绘图和检验的方式，大大提高了集成电路和电子系统的设计效率和可靠性。

但这些软件一般只有简单的人机交互能力，能处理的电路规模不是很大，计算和绘图的速度都受限制。

而且由于没有采用统一的数据库管理技术，程序之间的数据传输和交换也不方便。

20世纪80年代后期，是计算机与集成电路高速发展的时期，也是EDA技术真正迈向自动化并形成产业的时期。

这一阶段，EDA的主要特点是：能够实现逻辑电路仿真、模拟电路仿真、集成电路的布局和布线、IC版图的参数提取与检验、印制电路板的布图与检验、以及设计文档制作等各设计阶段的自动设计，并将这些工具集成为一个有机的EDA系统，在工作站或超级微机上运行。