对线性网络的激励和响应都用复数表示,对网络元件上的电压与电流之间的关系则用阻抗或导纳表示。直流稳态可视为频率等于零的特殊情况。
分析线性网络的方法很多。支路电流法是把网络中每个支路内的电流作为未知数,并依基尔霍夫定律列出节点方程和回路方程,然后求解每个支路的电流。如果把每个支路上的电压作为未知数,则称支路电压法。由于网络的节点数或独立回路数比支路数少,所以更常用的是以每个节点对某一基准节点间的电压作为未知数的节点电压法和以每个独立回路中流动的假想电流作为未知数的回路电流法。
线性网络的激励和响应可以分别叠加或补偿,并分别称为叠加法和补偿法。把激励和响应互换位置有时能简化计算,这是互易法。此外,还可利用网络的等效简化分析,包括戴维南定理,电路的串联、并联以及星形、三角形变换等方法。
激励源突然加入或网络状态突然变动,网络中电压和电流从变动时刻到稳定的变化状态称为瞬态。线性网络的瞬态可用一个
阶线性微分方程来描述。瞬态分析实质上是在一定的初始条件下求微分方程的解。分析中常把
阶线性微分方程分解成
个形式的一阶微分方程:
…(2)
式中
为激励;
及
为常数。除一般的求解方法外,也常用数值计算中的欧拉法、龙格-库塔法和米尼法等。瞬态分析的伴随模型法,是用差分代替电容和电感上的电压与电流之间的积分和微分,把某一时刻的电容和电感化成等效电阻和一个与前一时刻电压和电流等效电源的伴随模型,把某一时刻的互感化成等效电阻和一个电流源及一个非独立电源的伴随模型。利用伴随模型可使网络的瞬态分析变成每个时刻的直流网络分析。
这种分析方法在20世纪30年代开始用于古典力学,以后用于非线性、时变和线性网络分析。描述网络变量的微分方程组,都可写为状态矢量
的一阶矩阵微分方程,称为状态方程:
…(4)
式中
为初始状态矢量;
为给定的激励矢量。而输出量:
…(5)可由称为输出方程的矩阵代数方程给出,其中
为系数矩阵。状态方程可由网络的高阶微分方程、传输函数或按网络的拓扑图形导出。用状态变量分析网络的优点,在于把高阶微分方程化成一阶微分的矩阵方程,适于用计算机运算。图3给出了一个例子。
图3 状态变量分析举例
…(6)
…(7)
…(8)
…(9)
…(10)
时,
…(11)
…(12)
所以,可得:
…(13)
…(14)
…(15)
…(16)
有用状态变量的时间域分析和用时变传输函数的频率域分析两种方法。时间域分析是适当地选取状态变量
…(17)
写成变系数的状态方程:
…(18)
进行求解。频率域分析是把非时变网络的传输函数
推广成时变传输函数
。激励
的傅里叶变换为
,则其响应:
…(19)
时变网络以
为周期变化时,可把
展成傅里叶级数:
…(20)
进行计算。在时变网络分析中还须注意稳定性问题。
1962年开始出现的分析网络用的计算机程序不仅便于计算,而且促进了网络拓扑、非线性网络分析和状态变量分析以及网络设计的发展。程序中采用较多的方法是节点分析法、状态变量法、网络拓扑法以及混合分析法。引入稀疏矩阵法,还可克服求解高阶矩阵的困难。根据计算机内存储容量的大小,可分析的节点数目可为数十个到一千多个,其元件数目可多达数千个。这类辅助分析程序可用于直流电路分析、正弦交流电路分析、瞬态分析、非线性直流电路分析、谐波分析、灵敏度分析等。分析程序已能适应半导体电路和线性集成电路,但处理规模不大,还不适应大规模集成电路的应用。对高频电路、脉冲电路的分析程序还有待于发展。