供熱管線構造

[拼音]:dianlu

[英文]:circuit

若干無源元件或(和)有源元件的有序聯結體。電路的基本功能在於傳輸、變換、處理和儲存電能或電訊號。電路常用代表各種元件的圖形和它們之間的聯接途徑表示。電路中電壓或電流的變化規律,與自然界中許多物理系統的變化規律十分相似。描述這些變化的微分方程在許多情況下完全一樣。因此,在電路發展的初期,常仿照處理古典力學系統的方法來分析電路。以後,由於電路的構成和對它的測量都比處理其他物理系統方便,人們也用電路來模擬其他物理系統。關於電路的一些理論和計算方法,還常被廣泛地應用於機械學、自動控制、聲學和光學等領域。

電路中的計算物件主要有電壓、電流、電荷和磁鏈四個物理變數。聯絡這四個變數的最基本的二端電子元件有電阻器、電容器和電感器三種。另外,還有理想變壓器、理想回轉器等基本的四端電子元件。

使電路產生電壓或電流的激勵源稱為電源。電源分為獨立電源和受控電源。獨立電源又有獨立電壓源和獨立電流源之分。獨立電壓源是兩端電壓為給定的 u而與其中的電流無關的元件,電池、訊號發生器等屬於獨立電壓源。獨立電流源則是通過其中的電流為給定的 i而與兩端的電壓無關的元件,太陽電池、電子管(見真空電子器件)陽極迴路的等效電源都可看作獨立電流源。受控電源是這樣一類電源,它的一對端點間的電壓(或其中的電流)受到另一對端點間的電壓(或其中的電流)的控制。

有源電路與無源電路

只含無源元件的電路稱為無源電路,兼含有源元件的電路則稱為有源電路。有源元件指在所考慮的訊號範圍內和一定的工作狀態下能不斷產生能量的元件,真空電子器件、固態電子器件和量子電子器件等都屬此類。無源元件指在所考慮的訊號範圍內和在任何情況下只消耗能量,或所產生的能量不大於所儲能量的元件,傳輸線、電阻器、電容器、電感器、變壓器、天線、波導等都屬此類。

線性電路與非線性電路

各種元件都有其確定的特性,例如,在有外加電壓的情況下,電阻器有引起電流的特性,電容器有積蓄電荷的特性,電晶體有輸出電壓隨輸入電壓變化的特性等。這些特性均可視為元件的輸入輸出關係。若輸入為u1(t)時,輸出為u姈(t);輸入為u2(t)時輸出為u娦(t);又若輸入為ɑ1u1(t)+ɑ2u2(t)時(式中ɑ1和ɑ2是常數),輸出為ɑ1u姈(t)+ɑ2u娦(t),即其輸入輸出之間在量值變化上保持恆定關係,稱為線性關係。其特性有線性關係的元件稱為線性元件,不具有這種線性關係特性的元件稱為非線性元件。非線性電路至少含一個非線性元件,線性電路則是僅含線性元件的電路。

時變電路與時不變電路

元件特性或元件引數隨時間而變的元件叫時變元件,含時變元件的電路稱為時變電路。反之,則分別稱之為時不變元件和時不變電路。

集總引數與分佈引數

在無源元件的尺寸遠比訊號波長為短時,表徵其特性的引數是不連續分佈的,這種元件通常稱之為集總引數元件。但當元件尺寸與訊號波長可以比擬時,其特性引數已不能只用一種在常規下定義的物理量來表徵,而要用無限多個連續分佈的基本元件引數來表徵。這種元件稱為分佈引數元件。一段同軸電纜(見傳輸線)、一個波導元件或積體電路中一段電阻都是分佈引數元件。

互易與非互易

線上性雙通四端網路中,如將電源E接在某兩端之間,在任一其他支路測量電流I,或使E與I的位置互易,所得的轉移阻抗相同,稱之為互易定理。它說明,線上性網路中,兩個方向的傳輸相同,轉移阻抗和導納的關係相等。有一類元件,例如用霍爾效應(見霍爾器件)做成的器件和用固態電子器件組成的元件,其兩對端子間的特性是不能互易的,這類元件稱為非互易元件。在含非互易元件的電路內,互易定理不能應用。

19世紀以來,對於無源電路、線性電路、時不變電路、集總引數電路和互易電路,已有許多通用的分析和計算方法。但是,對於非線性電路、時變電路和非互易電路,直到現代仍還缺乏普遍適用的分析方法。

在實際應用中,有時為了強調電路所用的某類元件和器件,人們常把電路分為電阻電路、RC(阻容)電路、電子管電路和固態電路等。有時則按電路的工作頻率分為低頻電路、高頻電路、超高頻電路和微波電路。有時又依聯接形式的不同而區分為串聯電路、並聯電路、梯形電路、橋式電路、耦合電路等。電路依其製作工藝的不同,又有分立元件電路和積體電路的區分。

電路還分為模擬和數字兩大類。用一系列有限狀態表示資訊的離散訊號,通常稱為數字訊號。最常用的是用0和1兩個狀態表示的數字訊號;與此相對,模擬訊號則是連續狀態的訊號。產生或處理數字訊號的電路叫做數位電路;產生或處理模擬訊號的電路就是類比電路。類比電路包括直流電路、交流電路,以及任意波形的和一般的脈衝電路。

電路又按其功能和用途分為濾波、放大、振盪、混頻、倍頻、分頻、調製、解調、編碼、解碼、穩壓、整流、延時、箝位、限幅、邏輯、開關,以及引數自動控制等各種電路。

電路最先是伴隨電力應用而進入人類生活各個領域的,它的發展則依賴於新型元件、器件的出現與效能的改進,以及電路分析理論的發展,特別是電子學的興起和電子系統的廣泛應用。對電路的計算最早可回溯到1826年的歐姆定律。1847年發表的基爾霍夫定律是分析電路的基本法則。20世紀初電子管的發明,為電子電路的廣泛應用奠定了基礎。40年代後期,電晶體的發明,開創了電路小型化的新紀元。60年代問世的積體電路,特別是70年代以來,隨之發展起來的大規模積體電路、微波積體電路,以及聲表面波器件、量子電子器件、電荷耦合器件等,不僅使電路功能更為多樣化、能量消耗更為節省、應用範圍更為廣泛,而且還促使電路的設計和製造完成了一次重大的變革。資訊科技的進展與電路的多功能化、微型化和數字化息息相關。人們預期,隨著超高速和超大規模積體電路、整合光路的實用化,以及期待中的仿生元件、分子元件和基於新的物理效應的新穎元件、器件的問世,電路這一分支學科必將又有新的發展。

電路的分析和設計依靠各種數學工具的應用。計算機在電路計算和分析中的作用越來越突出。電路的計算機輔助分析和設計,已成為電路這一分支學科的重要內容。

參考書目

電子通訊學會編:《電子通訊ハンドブック》,オ一ム社,東京,1979。

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