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PCB设计教程【入门篇】——电路分析基础-电路定理

news 来源：原创 2025/5/23 6:53:59

前言

本教程基于B站Expert电子实验室的PCB设计教学的整理，为个人学习记录，旨在帮助PCB设计新手入门。所有内容仅作学习交流使用，无任何商业目的。若涉及侵权，请随时联系，将会立即处理

连接线与节点
- 连接线：在立创 EDA 原理图中表现为绿色线条，代表导线。需注意的是，原理图中的 “线” 在实际 PCB 板上是通过铜箔实现连接的，这些铜箔可能是各种形状的铜箔条或铜模块，而非单纯的线状。
- 节点：立创 EDA 中以红色小点标识，出现在多条导线或元件引脚的连接处，代表实际的电气连接关系。判断是否为节点的关键在于是否有红色小点 —— 若两条导线相交但无红点，说明它们没有实际电气连接，类似立交桥上下层车道 “相交但不互通” 的立体关系。
网络标签
- 原理图中蓝色英文字母标注的 “网络标签” 是重要的电气连接点，具有相同标签的元件默认处于电气导通状态。例如，左侧标有 “DTR1” 的元件与右侧相同标签的元件，即便原理图中无导线连接，也通过网络标签实现隐性连接。
- 作用：
  - 简化连线：避免复杂电路中导线交织如 “盘丝洞”，使原理图更清晰。
  - 功能标注：标签通常以引脚功能命名（如 “GND” 表示接地），便于快速理解电路功能。

支路
- 定义：电路中由一个或多个串联元件构成的分支，是构成复杂电路的基本单元，同一支路内电流相同。
- 识别方法：从节点 A 到节点 B 的每条独立路径即为一条支路。例如，两节点间可能有三条支路：一条由电源 E1 与电阻 R1 串联构成，一条由电源 E2 与电阻 R2 串联构成，一条仅含电阻 R3。
回路与网孔
- 回路：电流流通的闭合路径。电路必须有闭合回路才能产生电流，分析电路时需优先识别回路。
- 网孔：不可再分的简单回路，特点是内部不含任何支路，外观类似渔网的 “孔洞”。对于平面电路，网孔数量等于独立回路数，利用网孔分析可简化方程组，提高计算效率。例如，一个 “日” 字形电路有 2 个网孔，对应 2 个独立回路。

电流定律（KCL）
- 内容：在集中参数电路中，任一时刻任一节点处，流入电流代数和等于流出电流代数和（电荷守恒）。
- 表达式：\(\sum I_{\text{入}} = \sum I_{\text{出}}\)，需先设定电流参考方向（如规定流出节点为正）。
- 举例：若节点连接 5 条支路，其中 3 条流入、2 条流出，以流入为负、流出为正，可列方程：\(-I_1 - I_2 + I_3 + I_4 + I_5 = 0\)。
- 推广应用：可将多个节点围成的闭合面视为 “广义节点”，流入闭合面的电流总和等于流出总和。
电压定律（KVL）
- 内容：任一时刻任一回路中，所有支路电压的代数和恒为零（能量守恒）。
- 表达式：\(\sum U_{\text{降}} = \sum U_{\text{升}}\)，需设定电压参考方向和回路绕行方向（如顺时针）。
- 举例：沿顺时针方向绕某回路一周，依次经过电阻 R1（电压降 U1）、电源 US1（电压升 US1）、电阻 R2（电压降 U2），可列方程：\(U1 + U2 = US1\)。

适用条件：
- 仅适用于集中参数电路（电路尺寸远小于工作频率下的电磁波波长，低频电路通常满足）。
- 高频电路（如微波电路）需考虑分布参数，不适用基尔霍夫定律。
分析技巧：
- KCL 聚焦节点：用于约束节点处的电流关系，与支路上元件类型（电阻、电容等）无关。
- KVL 聚焦回路：用于约束回路中的电压关系，需结合元件特性（如电阻电压 = 电流 × 电阻）列方程。
- 联合使用：KCL 与 KVL 需结合使用，才能完整求解电路中的电流、电压参数。
学习建议：
- 通过立创 EDA 绘制简单电路，观察节点、网络标签的实际作用。
- 后续可深入学习支路电流法、节点电压法等分析方法，结合《电路》（邱关源）等教材巩固理论。