Электроника:Постоянный ток/Анализ сети постоянного тока/Метод узловых потенциалов: различия между версиями

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 5: Строка 5:
=Метод узловых потенциалов<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-10/node-voltage-method/ www.allaboutcircuits.com - Node Voltage Method]</ref>=
=Метод узловых потенциалов<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-10/node-voltage-method/ www.allaboutcircuits.com - Node Voltage Method]</ref>=


Аналитический метод узловых потенциалов находит неизвестные напряжения в узлах схемы с помощью системы уравнений ПКТ (правило Кирхгофа для силы тока). Такой подход выглядит необычным, поскольку он предполагает замену источников напряжения эквивалентными источниками тока. Более того, значения сопротивлений в омах заменяются на эквивалентную электрическую проводимость (электропроводность или просто проводимость) измеряемую в сименсах, '''G = 1/R'''. Сименс (См, англ. S) – это единица электрической проводимости, заменившая устаревшую единицу измерения ''мо'' (англ. mho). В любом случае, ''См = Ом-1''. И См показывает то же самое, что и устаревшее ''мо''.
Аналитический метод узловых потенциалов находит неизвестные напряжения в узлах схемы с помощью системы уравнений [[ПКТ]] ([[правило Кирхгофа для силы тока]]). Такой подход выглядит необычным, поскольку он предполагает замену источников напряжения эквивалентными источниками тока. Более того, значения сопротивлений в омах заменяются на эквивалентную электрическую проводимость ([[электропроводность]] или просто проводимость) измеряемую в сименсах, G = 1/R. Сименс (См, англ. S) – это единица электрической проводимости, заменившая устаревшую единицу измерения мо (англ. mho). В любом случае, См = Ом-1. И См показывает то же самое, что и устаревшее мо.


== Метод расчёта узловых потенциалов ==
== Метод расчёта узловых потенциалов ==


Начнем со схемы, на которой изображены обычные источники напряжения. Выберем общий узел ''Е0'' в качестве опорной точки. Узловые напряжения ''E1'' и ''E2'' вычисляются относительно этой точки.
Начнем со схемы, на которой изображены обычные источники напряжения. Выберем общий узел Е<sub>Подстрочный текст</sub>0 в качестве опорной точки. Узловые напряжения E<sub>1</sub> и E<sub>2</sub> вычисляются относительно этой точки.


[[File:Схема с обычными источниками напряжения_1_17122020_2154.jpg|frame|center|Рис. 1. Схема с обычными источниками напряжения.]]
[[File:Схема с обычными источниками напряжения_1_17122020_2154.jpg|frame|center|'''Рис. 1.''' Схема с обычными источниками напряжения.|alt=Рис. 1. Схема с обычными источниками напряжения.]]


[[File:Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока_2_17122020_2155.jpg|frame|center|Рис. 2. Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока. Последовательные (по отношению к источнику напряжения) резисторы становятся параллельными (по отношению к источнику тока). Величина силы тока подбирается таким образом, чтобы в ветви создавалось эквивалентное напряжение.
[[File:Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока_2_17122020_2155.jpg|frame|center|'''Рис. 2.''' Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока. Последовательные (по отношению к источнику напряжения) резисторы становятся параллельными (по отношению к источнику тока). Величина силы тока подбирается таким образом, чтобы в ветви создавалось эквивалентное напряжение.|alt=Рис. 2. Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока. Последовательные (по отношению к источнику напряжения) резисторы становятся параллельными (по отношению к источнику тока). Величина силы тока подбирается таким образом, чтобы в ветви создавалось эквивалентное напряжение.]]
]]


Замена источников напряжения и связанных последовательных резисторов эквивалентными источниками тока и параллельными резисторами приводит к изменениям в схеме. Заменяем сопротивление в омах электрической проводимостью в сименсах.
Замена источников напряжения и связанных последовательных [[резисто]]ров эквивалентными источниками тока и параллельными [[резистор]]ами приводит к изменениям в схеме. Заменяем [[сопротивление]] в омах электрической проводимостью в сименсах.


<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
<syntaxhighlight lang="c">
I1 = E1/R1 = 10/2 = 5 A
I1 = E1/R1 = 10/2 = 5 A
I2 = E2/R5 = 4/1 = 4 A
I2 = E2/R5 = 4/1 = 4 A
Строка 28: Строка 27:
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


[[File:Вместо источников напряжения – источники тока_3_17122020_2155.jpg|frame|center|Рис. 3. Вместо источников напряжения – источники тока (сила тока такова, чтобы создавалось эквивалентное напряжение). Вместо последовательных резисторов – параллельные. Вместо сопротивления - электрическая проводимость.
[[File:Вместо источников напряжения – источники тока_3_17122020_2155.jpg|frame|center|'''Рис. 3.''' Вместо источников напряжения – источники тока (сила тока такова, чтобы создавалось эквивалентное напряжение). Вместо последовательных резисторов – параллельные. Вместо сопротивления - электрическая проводимость.|alt=Рис. 3. Вместо источников напряжения – источники тока (сила тока такова, чтобы создавалось эквивалентное напряжение). Вместо последовательных резисторов – параллельные. Вместо сопротивления - электрическая проводимость.]]
]]


Можно ещё упростить, объединив параллельные проводимости (бывшие сопротивления). Но перерисовывать схему не будем. Она уже и так готова к применению метода узлового напряжения.
Можно ещё упростить, объединив параллельные проводимости (бывшие сопротивления). Но перерисовывать схему не будем. Она уже и так готова к применению метода узлового напряжения.


<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
<syntaxhighlight lang="c">
GA = G1 + G2 = 0,5 S + 0,25 S = 0,75 S
GA = G1 + G2 = 0,5 S + 0,25 S = 0,75 S
GB = G4 + G5 = 0,2 S + 1 S = 1,2 S
GB = G4 + G5 = 0,2 S + 1 S = 1,2 S
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


Исходя из общих принципов метода узлового напряжения, мы составим пару уравнений ПКТ, подставив в них узловые напряжения ''V1'' и ''V2''. Мы делаем это, чтобы проиллюстрировать схему написания обходных уравнений.
Исходя из общих принципов метода узлового напряжения, мы составим пару уравнений [[ПКТ]], подставив в них узловые напряжения V<sub>1</sub> и V<sub>2</sub>. Мы делаем это, чтобы проиллюстрировать схему написания обходных уравнений.


<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
<syntaxhighlight lang="c">
GAE1 + G3 (E1 - E2) = I1 (1)
GAE1 + G3 (E1 - E2) = I1 (1)
GBE2 - G3 (E1 - E2) = I2 (2)
GBE2 - G3 (E1 - E2) = I2 (2)
Строка 53: Строка 51:
==Правила узловых потенциалов:==
==Правила узловых потенциалов:==


* Преобразуйте источник напряжения, включенный последовательно с резистором, в эквивалентный источник тока с параллельным резистором.
* Преобразуйте источник напряжения, включенный последовательно с резистором, в эквивалентный источник тока с параллельным резистором.
* Измените значения сопротивления на электропроводность.
* Измените значения сопротивления на электропроводность.
* Выберите опорный узел (''E0'').
* Выберите опорный узел (E<sub>0</sub>).
* Обозначьте на остальных узлах неизвестные напряжения (''E1'') (''E2'') ... (''EN'').
* Обозначьте на остальных узлах неизвестные напряжения (E<sub>1</sub>)(E<sub>2</sub>)...(E<sub>N</sub>).
* Напишите уравнение ПКТ для каждого узла ''1, 2, ..., N''. Положительный коэффициент первого напряжения в первом уравнении представляет собой сумму проводимостей, подключенных к узлу. Коэффициент для второго напряжения во втором уравнении – это сумма проводимостей, подключенных к этому узлу. Повторите это для коэффициента третьего напряжения в третьем уравнении и так далее и для остальных уравнений. Если уравнения написать по порядку одно под другим, то эти коэффициенты расположены как бы «по диагонали».
* Напишите уравнение [[ПКТ]] для каждого узла 1, 2, ..., N. Положительный коэффициент первого напряжения в первом уравнении представляет собой сумму проводимостей, подключенных к узлу. Коэффициент для второго напряжения во втором уравнении – это сумма проводимостей, подключенных к этому узлу. Повторите это для коэффициента третьего напряжения в третьем уравнении и так далее и для остальных уравнений. Если уравнения написать по порядку одно под другим, то эти коэффициенты расположены как бы «по диагонали».
* Все остальные коэффициенты для всех уравнений отрицательны и представляют собой проводимости между узлами. Первое уравнение, второй коэффициент – это проводимость участка от узла 1 к узлу 2, третий коэффициент – это проводимость участка от узла 1 к узлу 3. Аналогично заполняются отрицательные коэффициенты для других уравнений.
* Все остальные коэффициенты для всех уравнений отрицательны и представляют собой проводимости между узлами. Первое уравнение, второй коэффициент – это проводимость участка от узла 1 к узлу 2, третий коэффициент – это проводимость участка от узла 1 к узлу 3. Аналогично заполняются отрицательные коэффициенты для других уравнений.
* Правая часть уравнений – это источник тока, подключенный к соответствующим узлам.
* Правая часть уравнений – это источник тока, подключенный к соответствующим узлам.
* Решите систему уравнений для неизвестных напряжений в узлах.
* Решите систему уравнений для неизвестных напряжений в узлах.


==Пример применения метода узловых потенциалов==
==Пример применения метода узловых потенциалов==


'''Задание:''' составьте уравнения и решите для напряжений в узлах, используя числовые значения на рисунке выше.
{{Блок/Инфо2|Задание:|составьте уравнения и решите для напряжений в узлах, используя числовые значения на рисунке выше.}}


'''Решение:'''
{{Блок/Инфо3|Решение:|
 
<syntaxhighlight lang="c">
<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
(0,5 + 0,25 + 0,4) E1 - (0,4) E2 = 5  
(0,5 + 0,25 + 0,4) E1 - (0,4) E2 = 5  
- (0,4) E1 + (0,4 + 0,2 + 1,0) E2 = -4
- (0,4) E1 + (0,4 + 0,2 + 1,0) E2 = -4
Строка 79: Строка 76:
Решение этой системы из двух уравнений может быть выполнено с помощью калькулятора или программы Октава (этот вариант тут не показан). Решение проверено в [[SPICE]] на основе оригинальной принципиальной схемы с источниками напряжения. Хотя в [[SPICE]] можно смоделировать и схему с источниками тока.
Решение этой системы из двух уравнений может быть выполнено с помощью калькулятора или программы Октава (этот вариант тут не показан). Решение проверено в [[SPICE]] на основе оригинальной принципиальной схемы с источниками напряжения. Хотя в [[SPICE]] можно смоделировать и схему с источниками тока.


<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
<syntaxhighlight lang="c">
V1 11 0 DC 10
V1 11 0 DC 10
V2 22 0 DC -4
V2 22 0 DC -4
Строка 95: Строка 92:
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


Посмотрим ещё один пример. Здесь три узла. На принципиальной схеме проводимость не указываем. Однако она просто вычисляется: ''G1 = 1/R1, G2 = 1/R2 и т.д''.
Посмотрим ещё один пример. Здесь три узла. На принципиальной схеме проводимость не указываем. Однако она просто вычисляется: G<sub>1</sub> = 1/R<sub>1</sub>, G<sub>2</sub> = 1/R<sub>2</sub> и т.д.


[[File:Схема из прошлой лекции с несбалансированным мостом Витстона_4_17122020_2155.jpg|frame|center|Рис. 4. Схема из прошлой лекции с несбалансированным мостом Витстона. Вместо источника напряжения – источник тока.]]
[[File:Схема из прошлой лекции с несбалансированным мостом Витстона_4_17122020_2155.jpg|frame|center|'''Рис. 4.''' Схема из прошлой лекции с несбалансированным мостом Витстона. Вместо источника напряжения – источник тока.|alt=Рис. 4. Схема из прошлой лекции с несбалансированным мостом Витстона. Вместо источника напряжения – источник тока.]]


Есть три узла, для которых можно написать обходные уравнения. Обратите внимание, что для уравнения (1) положителен коэффициент у ''E1'', для уравнения (2) положителен коэффициент у ''E2'' и для уравнения (3) положителен коэффициент у ''E3''. Эти коэффициенты – суммы всех проводимостей, подключенных к этим узлам. Все остальные коэффициенты отрицательны, что соответствует проводимости между узлами. Правая часть уравнений – это связанный источник тока, ''0,136092 А'' для единственного источника тока в ''узле 1''. Остальные уравнения в правой части равны нулю из-за отсутствия источников тока. Нам лень рассчитывать проводимости резисторов на схеме. Таким образом, ''G'' в нижнем индексе – это коэффициенты.
Есть три узла, для которых можно написать обходные уравнения. Обратите внимание, что для уравнения (1) положителен коэффициент у E<sub>1</sub>, для уравнения (2) положителен коэффициент у E<sub>2</sub> и для уравнения (3) положителен коэффициент у E<sub>3</sub>. Эти коэффициенты – суммы всех проводимостей, подключенных к этим узлам. Все остальные коэффициенты отрицательны, что соответствует проводимости между узлами. Правая часть уравнений – это связанный источник тока, 0,136092 А для единственного источника тока в узле 1. Остальные уравнения в правой части равны нулю из-за отсутствия источников тока. Нам лень рассчитывать проводимости [[резистор]]ов на схеме. Таким образом, G в нижнем индексе – это коэффициенты.


<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
<syntaxhighlight lang="c">
(G1 + G2) E1 -G1E2 -G2E3 = 0,136092
(G1 + G2) E1 -G1E2 -G2E3 = 0,136092
-G1E1 + (G1 + G3 + G4) E2 -G3E3 = 0
-G1E1 + (G1 + G3 + G4) E2 -G3E3 = 0
Строка 107: Строка 104:
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


Мы настолько ленивы, что вводим взаимные сопротивления и суммы взаимных сопротивлений в матрицу ''Октавы «А»'', позволяя Октаве вычислить матрицу проводимости после ''«А =»''. Первоначальная входящая строка была такой длинной, что её разбили на три ряда. Это отличается от предыдущих примеров. Введённая матрица ''«А»'' ограничена начальной и конечной квадратными скобками. Столбцы матрицы разделяются пробелами. Строки матрицы разделяются символом ''«перевод строки»''. Запятые и точки с запятой в качестве разделителей не нужны. Тем не менее, вектор тока в ''«b»'' разделён точкой с запятой, чтобы получить вектор-столбец токов.
Мы настолько ленивы, что вводим взаимные сопротивления и суммы взаимных сопротивлений в матрицу Октавы «А», позволяя Октаве вычислить матрицу проводимости после «А =». Первоначальная входящая строка была такой длинной, что её разбили на три ряда. Это отличается от предыдущих примеров. Введённая матрица «А» ограничена начальной и конечной квадратными скобками. Столбцы матрицы разделяются пробелами. Строки матрицы разделяются символом «перевод строки». Запятые и точки с запятой в качестве разделителей не нужны. Тем не менее, вектор тока в «b» разделён точкой с запятой, чтобы получить вектор-столбец токов.


<syntaxhighlight lang="spice" enclose="div">
<syntaxhighlight lang="c">
octave:12> A = [1/150+1/50 -1/150 -1/50
octave:12> A = [1/150+1/50 -1/150 -1/50
           > -1/150 1/150+1/100+1/300 -1/100
           > -1/150 1/150+1/100+1/300 -1/100
Строка 131: Строка 128:
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>


Обратите внимание, что диагональные коэффициенты матрицы ''«A»'' положительны, а все остальные коэффициенты отрицательны.
Обратите внимание, что диагональные коэффициенты матрицы «A» положительны, а все остальные коэффициенты отрицательны.


Решение в виде вектора напряжения находится в точке ''«x»''. ''E1 = 24,000 В, E2 = 17,655 В, E3 = 19,310 В''. Эти три напряжения оказываются равными предыдущим значениям контурных токов (из прошлой лекции, где мы решили такой же мост другим методом) и с решениями [[SPICE]] для того несимметричного моста. Это не случайное совпадение, так как источник тока, равный ''0,13609 А'' был специально подобран так, чтобы он оказался эквивалентным источнику напряжения ''24 В'', используемого в прошлый раз в такой же задаче.
Решение в виде вектора напряжения находится в точке «x». E<sub>1</sub> = 24,000 В, E<sub>2</sub> = 17,655 В, E<sub>3</sub> = 19,310 В. Эти три напряжения оказываются равными предыдущим значениям контурных токов (из прошлой лекции, где мы решили такой же мост другим методом) и с решениями [[SPICE]] для того несимметричного моста. Это не случайное совпадение, так как источник тока, равный 0,13609 А был специально подобран так, чтобы он оказался эквивалентным источнику напряжения 24 В, используемого в прошлый раз в такой же задаче.
}}


==Итог==
==Итог==


* Для сети, состоящей из элементов с электропроводностью и источников тока, аналитический метод узловых потенциалов находит неизвестные напряжения в узлах с помощью уравнений ПКТ.
* Для сети, состоящей из элементов с электропроводностью и источников тока, аналитический метод узловых потенциалов находит неизвестные напряжения в узлах с помощью уравнений ПКТ.
* Подробные рекомендации по составлению обходных уравнений – см. вышеприведённые в этой лекции правила.
* Подробные рекомендации по составлению обходных уравнений – см. вышеприведённые в этой лекции правила.
* Единица проводимости ''G'' – сименс (S). Проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: ''G = 1/R''.
* Единица проводимости G – сименс (S). Проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: G = 1/R.


=См.также=
=См.также=
Строка 151: Строка 149:
{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
[[Категория:Теория]]
[[Категория:Теория по электронике]]
[[Категория:Постоянный ток]]
[[Категория:Анализ сети постоянного тока]]
[[Категория:Метод узловых потенциалов]]

Версия от 15:43, 4 мая 2022

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Метод узловых потенциалов[1]

Аналитический метод узловых потенциалов находит неизвестные напряжения в узлах схемы с помощью системы уравнений ПКТ (правило Кирхгофа для силы тока). Такой подход выглядит необычным, поскольку он предполагает замену источников напряжения эквивалентными источниками тока. Более того, значения сопротивлений в омах заменяются на эквивалентную электрическую проводимость (электропроводность или просто проводимость) измеряемую в сименсах, G = 1/R. Сименс (См, англ. S) – это единица электрической проводимости, заменившая устаревшую единицу измерения мо (англ. mho). В любом случае, См = Ом-1. И См показывает то же самое, что и устаревшее мо.

Метод расчёта узловых потенциалов

Начнем со схемы, на которой изображены обычные источники напряжения. Выберем общий узел ЕПодстрочный текст0 в качестве опорной точки. Узловые напряжения E1 и E2 вычисляются относительно этой точки.

Рис. 1. Схема с обычными источниками напряжения.
Рис. 1. Схема с обычными источниками напряжения.
Рис. 2. Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока. Последовательные (по отношению к источнику напряжения) резисторы становятся параллельными (по отношению к источнику тока). Величина силы тока подбирается таким образом, чтобы в ветви создавалось эквивалентное напряжение.
Рис. 2. Такой будет замена узлов на схеме, вместо источников напряжения теперь источники тока. Последовательные (по отношению к источнику напряжения) резисторы становятся параллельными (по отношению к источнику тока). Величина силы тока подбирается таким образом, чтобы в ветви создавалось эквивалентное напряжение.

Замена источников напряжения и связанных последовательных резисторов эквивалентными источниками тока и параллельными резисторами приводит к изменениям в схеме. Заменяем сопротивление в омах электрической проводимостью в сименсах. 

I1 = E1/R1 = 10/2 = 5 A
I2 = E2/R5 = 4/1 = 4 A
G1 = 1/R1 = 1/2 Ω   = 0.5 S
G2 = 1/R2 = 1/4 Ω   = 0.25 S
G3 = 1/R3 = 1/2.5 Ω = 0.4 S
G4 = 1/R4 = 1/5 Ω   = 0.2 S
G5 = 1/R5 = 1/1 Ω   = 1.0 S
Рис. 3. Вместо источников напряжения – источники тока (сила тока такова, чтобы создавалось эквивалентное напряжение). Вместо последовательных резисторов – параллельные. Вместо сопротивления - электрическая проводимость.
Рис. 3. Вместо источников напряжения – источники тока (сила тока такова, чтобы создавалось эквивалентное напряжение). Вместо последовательных резисторов – параллельные. Вместо сопротивления - электрическая проводимость.

Можно ещё упростить, объединив параллельные проводимости (бывшие сопротивления). Но перерисовывать схему не будем. Она уже и так готова к применению метода узлового напряжения. 

GA = G1 + G2 = 0,5 S + 0,25 S = 0,75 S
GB = G4 + G5 = 0,2 S + 1 S = 1,2 S

Исходя из общих принципов метода узлового напряжения, мы составим пару уравнений ПКТ, подставив в них узловые напряжения V1 и V2. Мы делаем это, чтобы проиллюстрировать схему написания обходных уравнений. 

GAE1 + G3 (E1 - E2) = I1 (1)
GBE2 - G3 (E1 - E2) = I2 (2)
(GA + G3) E1 -G3E2 = I1 (1)
-G3E1 + (GB + G3) E2 = I2 (2)

Коэффициенты последней пары уравнений выше перегруппированы, чтобы показать закономерность. Сумма проводимостей, подключённых к первому узлу, является положительным коэффициентом первого напряжения в уравнении (1). Сумма проводимостей, подключённых ко второму узлу, является положительным коэффициентом второго напряжения в уравнении (2). Остальные коэффициенты отрицательны и представляют собой проводимость между узлами.

Для обоих уравнений правая часть равна соответствующему источнику тока, подключённого к узлу. Этот шаблон позволяет нам быстро писать обходные уравнения. Это приводит к набору правил для аналитического метода узловых потенциалов.

Правила узловых потенциалов:

  • Преобразуйте источник напряжения, включенный последовательно с резистором, в эквивалентный источник тока с параллельным резистором.
  • Измените значения сопротивления на электропроводность.
  • Выберите опорный узел (E0).
  • Обозначьте на остальных узлах неизвестные напряжения (E1)(E2)...(EN).
  • Напишите уравнение ПКТ для каждого узла 1, 2, ..., N. Положительный коэффициент первого напряжения в первом уравнении представляет собой сумму проводимостей, подключенных к узлу. Коэффициент для второго напряжения во втором уравнении – это сумма проводимостей, подключенных к этому узлу. Повторите это для коэффициента третьего напряжения в третьем уравнении и так далее и для остальных уравнений. Если уравнения написать по порядку одно под другим, то эти коэффициенты расположены как бы «по диагонали».
  • Все остальные коэффициенты для всех уравнений отрицательны и представляют собой проводимости между узлами. Первое уравнение, второй коэффициент – это проводимость участка от узла 1 к узлу 2, третий коэффициент – это проводимость участка от узла 1 к узлу 3. Аналогично заполняются отрицательные коэффициенты для других уравнений.
  • Правая часть уравнений – это источник тока, подключенный к соответствующим узлам.
  • Решите систему уравнений для неизвестных напряжений в узлах.

Пример применения метода узловых потенциалов

Задание:

составьте уравнения и решите для напряжений в узлах, используя числовые значения на рисунке выше.

Решение:

{{{2}}}

Итог

  • Для сети, состоящей из элементов с электропроводностью и источников тока, аналитический метод узловых потенциалов находит неизвестные напряжения в узлах с помощью уравнений ПКТ.
  • Подробные рекомендации по составлению обходных уравнений – см. вышеприведённые в этой лекции правила.
  • Единица проводимости G – сименс (S). Проводимость обратно пропорциональна сопротивлению: G = 1/R.

См.также

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Node Voltage Method
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Постоянный_ток/Анализ_сети_постоянного_тока/Метод_узловых_потенциалов&oldid=2298000