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網路理論 - 概述
網路理論是研究解決電路或電網路問題的學科。在本引言章節中,讓我們首先討論電路的基本術語和網路元件的型別。
基本術語
在網路理論中,我們將經常遇到以下術語:
- 電路
- 電網路
- 電流
- 電壓
- 功率
因此,在繼續學習之前,我們必須掌握這些術語的一些基本知識。讓我們從電路開始。
電路
電路包含一條閉合路徑,用於提供電子從電壓源或電流源流出的通道。電路中存在的元件將以串聯連線、並聯連線或串聯和並聯連線的任意組合形式存在。
電網路
電網路不必包含一條閉合路徑,用於提供電子從電壓源或電流源流出的通道。因此,我們可以得出結論:“所有電路都是電網路”,但反過來不一定成立。
電流
流過導體的電流“I”只不過是電荷隨時間的流動速率。數學上,可以寫成
$$I = \frac{dQ}{dt}$$
其中,
Q是電荷,單位是庫侖。
t是時間,單位是秒。
作為類比,電流可以認為是水流過管道。電流以安培為單位進行測量。
一般來說,電子電流從電源的負極流向正極,而常規電流從電源的正極流向負極。
電子電流是由自由電子的運動產生的,而常規電流是由自由正電荷的運動產生的。兩者都被稱為電流。
電壓
電壓“V”只不過是一種電動勢,它導致電荷(電子)流動。數學上,可以寫成
$$V = \frac{dW}{dQ}$$
其中,
W是勢能,單位是焦耳。
Q是電荷,單位是庫侖。
作為類比,電壓可以認為是導致水流過管道的壓力。它以伏特為單位進行測量。
功率
功率“P”只不過是電能隨時間的流動速率。數學上,可以寫成
$$P = \frac{dW}{dt}$$
其中,
W是電能,以焦耳為單位測量。
t是時間,以秒為單位測量。
我們可以將上述公式改寫為
$$P = \frac{dW}{dt} = \frac{dW}{dQ} \times \frac{dQ}{dt} = VI$$
因此,功率只不過是電壓V和電流I的乘積。其單位是瓦特。
網路元件型別
我們可以根據某些引數將網路元件分為多種型別。以下是網路元件的型別:
有源元件和無源元件
線性元件和非線性元件
雙向元件和單向元件
有源元件和無源元件
我們可以根據傳遞功率的能力將網路元件分類為有源或無源。
有源元件向電路中的其他元件提供功率。有時,它們也可能像無源元件一樣吸收功率。這意味著有源元件既能夠傳遞功率,也能夠吸收功率。示例:電壓源和電流源。
無源元件不能向其他元件提供功率(能量),但它們可以吸收功率。這意味著這些元件要麼以熱量的形式耗散功率,要麼以磁場或電場的形式儲存能量。示例:電阻器、電感器和電容器。
線性元件和非線性元件
我們可以根據元件是否滿足線性特性來將其分類為線性或非線性。
線性元件是指電壓和電流之間呈線性關係的元件。示例:電阻器、電感器和電容器。
非線性元件是指電壓和電流之間不呈線性關係的元件。示例:電壓源和電流源。
雙向元件和單向元件
網路元件還可以根據電流流過網路元件的方向分類為雙向或單向。
雙向元件是指允許電流在兩個方向流動並在電流流動的任一方向上提供相同阻抗的元件。示例:電阻器、電感器和電容器。
雙向元件的概念在下圖中進行了說明。

在上圖中,電流 (I) 透過阻抗為 Z Ω 的無源元件從 A 端流向 B 端。它是 A & B 端之間該元件的電壓 (V) 與電流 (I) 的比值。

在上圖中,電流 (I) 透過阻抗為 Z Ω 的無源元件從 B 端流向 A 端。這意味著電流 (–I) 從 A 端流向 B 端。在這種情況下,我們也將獲得相同的阻抗值,因為電流和電壓相對於 A & B 端都具有負號。
單向元件是指僅允許電流在一個方向流動的元件。因此,它們在兩個方向上提供不同的阻抗。