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1.7 等效电源定理
在电路分析计算中,有时只研究某一个支路的电量。对所研究的支路而言,电路的其余部分可视为一个有源二端网络。为了方便计算某一个支路的电量,可以把有源二端网络等效为一个电源。等效电源分为等效电压源和等效电流源。用等效电压源来代替有源二端网络的分析方法称为戴维南定理;用等效电流源来代替有源二端网络的分析方法称为诺顿定理。
1.7.1 戴维南定理
戴维南定理是指任何一个有源线性二端网络,对其外部电路而言,都可以用一个电压源与电阻串联的电路来代替。电压源的电压E等于有源线性二端网络的开路电压UOC,电阻R0等于有源线性二端网络内部所有独立源作用为零时(电压源短路、电流源开路)的等效电阻Req。这种用电压源E与电阻R0串联代替有源二端网络的电路称为戴维南等效电路。
如图1-28(a)所示为线性有源二端网络NS;图1-28(b)的虚线框内是戴维南等效电路,即E与R0串联,称为戴维南等效电源。R0称为等效电源的内阻。
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图1-28 戴维南定理
用戴维南定理求解电路的步骤为:
①画出把待求支路从电路中移去后的有源线性二端网络。
②求有源线性二端网络的开路电压UOC。
③求有源线性二端网络内部所有独立源作用为零时的等效电阻R0。
④画出戴维南等效电路,将待求支路连接起来,计算未知量。
【例1-7】 用戴维南定理计算图1-29(a)所示电路中电阻RL的电流I。
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图1-29 例1-7图
解:①求开路电压UOC 将RL支路断开,得到图1-29(b)所示电路,顺时针绕向的回路电流
则
UOC=-7+I×3=2V
②求等效电阻R0 将有源线性二端网络的电压源短路,得到图1-29(c)所示电路,则
③画出戴维南等效电路 如图1-29(d)所示,可求RL的电流为
【例1-8】 在图1-30(a)所示的桥式电路中,已知US=10V,IS=2A,R1=8Ω,R2=4Ω,R3=6Ω,R4=2Ω。求流过R1的电流I1。
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图1-30 例1-8图
解:应用戴维南定理进行计算。
①求开路电压UOC把R1从电路中分离出来,如图1-30(b)所示,得
E=UOC=Uab=US-ISR2=10-8=2V
②求等效电源内阻R0将电压源短路、电流源开路,如图1-30(c)所示,得
R0=Req=R2=4Ω
③画出戴维南等效电路 如图1-30(d)所示,得
*1.7.2 诺顿定理
诺顿定理是指任何一个有源线性二端网络,对其外部电路而言,都可以用电流源与电阻并联的电路等效代替,如图1-31所示。电流源的电流IS等于有源线性二端网络输出端短路时的输出电流ISC(短路电流),电阻R0等于有源线性二端网络内部所有独立源作用为零时(电压源短路、电流源开路)的等效电阻Req。
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图1-31 诺顿定理
用电流源与电阻并联代替有源二端网络的电路称为诺顿等效电路。用诺顿定理求解电路的步骤与戴维南定理类似,这里不再赘述。
【例1-9】 用诺顿定理计算图1-29(a)所示电路中流过电阻RL的电流I。
解:图1-29(a)所示的电路可化为图1-32所示的等效电路。
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图1-32 等效电路
①求短路电流 将RL短路,则
②求等效电阻 将两个电压源短路,得
③根据诺顿等电路求电流