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1.6 叠加定理

叠加定理是线性电路的一个重要定理,它说明了在线性电路中各个电源作用的独立性。叠加定理叙述为:在线性电路中,如果有多个独立源共同作用,则任何一条支路的电流或电压,等于电路中各个独立源单独作用时对该支路所产生的电流或电压的代数和。

所谓每个独立源单独作用,是指其他的独立源作用均为零,即将其他的电压源短路、电流源开路。

运用叠加定理求解电路的步骤为:

①先将电路分解成每个电源单独作用时的分电路。

②在分电路中标注要求解的电流和电压的参考方向,并计算相应的电流和电压。

③最后将各个分电路的电流和电压进行叠加,见图1-25。

图1-25 叠加定理

运用叠加定理时,应注意以下几点:

①叠加定理只能用来计算线性电路的电流和电压,不适用于非线性电路。

②若每个独立源单独作用,则某支路的电流(或电压)参考方向与多个独立源共同作用时该支路的电流(或电压)参考方向一致,叠加计算时取(+),反之则取(-)。

③每个独立源单独作用时,其余独立源均置为零(将电压源短路、电流源开路),电路其他部分的连接形式及元件不变。

④由于功率不是电压、电流的一次函数,因此不能用叠加定理计算。

【例1-5】 设图1-26(a)所示的电路中,E1=28V,E2=14V,R1=4Ω,R2=12Ω,R=4Ω,求支路电流I,并计算电阻R消耗的功率P

图1-26 例1-5图

解:图1-26(a)所示的电路可化简为图1-26(b)、(c)的叠加。

①当E1单独作用时,据图1-26(b)得

②当E2单独作用时,据图1-26(c)得

③当E1E2共同作用时,得

I=I'+I″=3+0.5=3.5A

电阻R消耗的功率

P=I2R=3.52×4=49W

【例1-6】 用叠加定理求图1-27(a)所示电路中的电压U

图1-27 例1-6图

解:画出10V电压源单独作用的电路,见图1-27(b);3A电流源单独作用的电路,见图1-27(c)。

①当10V电压源单独作用时,由图1-27(b)得

②当3A电流源单独作用时,由图1-27(c)得

③当两个电源共同作用时,得

U=U'+U″=-0.4V