电路的5大定理

科技   2024-11-01 17:21   中国香港  
叠加定理

在线性电路中,任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时,在该支路产生的电流(或电压)的代数和。

结点电压和支路电流均为各电源的一次函数,均可看成各独立电源单独作用时,产生的响应之叠加。
 
几点说明:

叠加定理只适用于线性电路;一个电源作用,其余电源为零:电压源为零 — 短路。电流源为零 — 开路。
功率不能叠加(功率为电压和电流的乘积,为电源的二次函数)。

u,  i叠加时要注意各分量的参考方向。

含受控源(线性)电路亦可用叠加,但受控源应始终保留。

例:求电压源的电流及功率.
解:
例:计算电压u。
解:
注意:叠加方式是任意的,可以一次一个独立源单独作用,也可以一次几个独立源同时作用,取决于使分析计算简便。

例:计算电压u、电流i。
解:

替代定理


对于给定的任意一个电路,若某一支路电压为uk、电流为ik,那么这条支路就可以用一个电压等于uk的独立电压源,或者用一个电流等于ik的独立电流源,或用R=uk/ik的电阻来替代,替代后电路中全部电压和电流均保持原有值(解答唯一)。

例:求图示电路的支路电压和电流。

解:
替代前后KCL,KVL关系相同,其余支路的u、i关系不变。用uk替代后,其余支路电压不变(KVL),其余支路电流也不变,故第k条支路ik也不变(KCL)。用ik替代后,其余支路电流不变(KCL),其余支路电压不变,故第k条支路uk也不变(KVL)。

注意:

替代定理既适用于线性电路,也适用于非线性电路。

例:求电流I1

解:用替代:

戴维宁定理和诺顿定理


工程实际中,常常碰到只需研究某一支路的电压、电流或功率的问题。对所研究的支路来说,电路的其余部分就成为一个有源二端网络,可等效变换为较简单的含源支路(电压源与电阻串联或电流源与电阻并联支路), 使分析和计算简化。戴维宁定理和诺顿定理正是给出了等效含源支路及其计算方法。

戴维宁定理

任何一个线性含源一端口网络,对外电路来说,总可以用一个电压源和电阻的串联组合来等效置换;此电压源的电压等于外电路断开时端口处的开路电压uoc,而电阻等于一端口的输入电阻(或等效电阻Req)。
定理的应用:

(1)开路电压Uoc 的计算

戴维宁等效电路中电压源电压等于将外电路断开时的开路电压Uoc,电压源方向与所求开路电压方向有关。计算Uoc的方法视电路形式选择前面学过的任意方法,使易于计算。

(2)等效电阻的计算

等效电阻为将一端口网络内部独立电源全部置零(电压源短路,电流源开路)后,所得无源一端口网络的输入电阻。常用下列方法计算:
注意:

外电路可以是任意的线性或非线性电路,外电路发生改变时,含源一端口网络的等效电路不变(伏-安特性等效)。

当一端口内部含有受控源时,控制电路与受控源必须包含在被化简的同一部分电路中。

诺顿定理


任何一个含源线性一端口电路,对外电路来说,可以用一个电流源和电阻的并联组合来等效置换;电流源的电流等于该一端口的短路电流,电阻等于该一端口的输入电阻。
一般情况,诺顿等效电路可由戴维宁等效电路经电源等效变换得到。诺顿等效电路可采用与戴维宁定理类似的方法证明。

例:求电流I

最大功率传输定理


一个含源线性一端口电路,当所接负载不同时,一端口电路传输给负载的功率就不同,讨论负载为何值时能从电路获取最大功率,及最大功率的值是多少的问题是有工程意义的。
来源:面包板社区czd886分享



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