等效电源定理PPT课件
ai + AU – b
(a)
iS=i
外部 网络
i=0 a +
A中 a
所有 &3;
独立 元件
U” –
b
为零 b
RO
(b)
图3 等效电压源定理证明
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ia
(b)图=
+ –
RO
UOC
+ U –
Ab
(c)
i
=
i
a
RO
+ –
UOC
+ U –
A
b
A
(d)
图3 等效电压源定理证明
由图3(b),U’=UOC U”= –iRO
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(a)
(b)
(C)
(d)
图5 例1的解过程
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(1)求单口网络A的开路电压UOC,如图5(b),可得
UOC R1R 2R2USR3R 4R4US
(2)求网络A的输入电阻RO,这时A内的一个恒压源US短路,得图
5(c),可得
RO=R1//R2+R3//R4
(3)用等效电压源替代,则图5(a)电路可简化为图5(d)电路。 由此可得iG:
(a) 图2 举例电路
(b)
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(1)求单口网络的开路电压UOC,如图2(c)所示:
(c)
(d)
U OC R 1R 2R 2U S2 221 26(V)
(2)再求单口网络的等效内阻RO,这是要令网络内所有独立电源为零 (及恒压源短路,恒流源开路),如图2(d)所示,可得
R O R 1 /R /2 R 3 2 /2 / 1 2 ( )
iG
UOC RORG
( R2 R1R2
R3R 4R4)US
( R1R2 R1R2
R3R4 R3R4
RG)
(R2R3R1R4)US
R1R2(R3R4)R3R4(R1R2)RG(R1R2)(R3R4)
可见:当R2R3=R1R4时,iG=0,此时电桥处于平衡状态
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[例2]图6所示电路,求通过R3的电 流i3。如果R3由5 Ω增加至10 Ω , 问电流变化多少?
ia +
ics RO U –
b
任意 外部 网络
图7 等效电流源定理的示意说明
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证明:证明方法类似于等效电压源定理。但这时外部网络用US=U的 理想电压源等效代替,有源单口网络的端口电流i是由网络中所有独
立电源同时作用产生的电流分量i’与由恒压源US单独产生的电流分
量i”的线性叠加。
[例3] 求图8所示电路的等效电流 源模型。
线性 i 有源 单口 网络
A
任意 外部 网络
i
RS=RO
+ –
UOC
任意 外部 网络
图1 等效电压源定理示意说明
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举例:求图2(a)所示电路流过负载的电流iL。 该电路端口ab向左是一个线性有源单口网络,向右负载RL可看作任
意的外部网络,可先断开负载,求出单口网络的戴维宁等效电路,然后加
上负载,再计算流过负载的电流iL。
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(3)由此可得线性单口网络的戴维宁等效电路,如图2(b)所示, 加上负载RL后,就可计算电流iL:
iLRO U OR CL
6 2(A) 21
强调: (1)所为等效是对外部的电流i和电压u而言,如果两个电路对外电 路作用的电压和电流相等,则这两个电路是等效的; (2)求单口网络的等效内阻时,要令网络中的所有独立电源为零, 其含义是恒压源短路,恒流源开路。
[例1] 电路如图4所示,已知直流电源US,电阻R1、R2、R3、R4和检 流计G的内阻RG之值,求流过G的电流iG。
解:本图如果采用基尔霍夫定 律求 解,由于电路有6条支路,则需列出 6个独立方程。但因为只要求求一个 支路的电流,用等效电压源定理就 方便得多。为清楚起见,可将待求 支路(G)拉出,如图5(a)所示, 这是a,b端向左看是一个线性有源单 口网络。
所以
U=U’+U”=UOC–iRO
任意 外部 网络
对应的等效电路如图3(c)。最后把恒流源变会为原来的任意外部 网络,如图3(d)
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应用:
在有些电路计算中,有时只要求出某一支路的电流或电压,这时如果 用基尔霍夫定律求解一般要列多个联立方程,计算过程比较麻烦。如 果多用戴维宁定理,计算则要简单一些,特别是分析某支路电阻的变 化对该支路电流或电压的影响时,用戴维宁定理更为方便。下边举例 加以说明。
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证明: 利用线性网络的叠加原理,根据端口电流电压不变的等效概念,可 将外部网络用一个iS=i的理想电流源等效代替,如图3(a)所示。显 然,替代后的电路仍然是线性电路,因此可用叠加原理计算端电压u (如图3(b)):
UUU
其中U’是网络中所有独立电源作用产生的电压分量,U”是由恒流
源i单独作用产生的电压分量。
10 10 5 10 10
(3)因此,图6可化简为单回路电路, 如右图
i3
Ro
U oc R3
Rcd
40 3.53 A 1.33 5 5
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(4)由于R3的变化对有源单口网络和无源单口网络均无影响,因此, 当R3=10 Ω时,电流i3为
i31.33 450102.45A
所以当R3由5Ω增加到10 Ω时,电流i3减小了(3.53–2.45)=1.08A
解:(1)求网络短路电流iSC
图8
iSC
U1 R1
i2
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二、等效电流源定理
内容:任何一个线性有源单口网络,就其外部的电压电流关系而言, 总可以等效为一个恒流源和一个内阻相并联的电路。恒流源的电流 值等于端口短路电流isc,等效内阻等于网络中全部独立电源为零时 端口的输入电阻RO。
说明:如图7的示意框图。
线性 i a
有源 +
单口 U
网络 –
A
b
任意 外部 网络
等效电源定理
根据线性叠加定理,可以推导出两个十分有用的定理:等效电压源 定理和等效电流源定理。前者又称戴维宁定理(Thevenin’s theorem) 或代文宁定理,后者又称诺顿定理(Norton’s theorem)。
一、等效电压源定理
内容:任何一个线性有源单口网络,就其外部的电压电流关系而言, 总可以等效为一个恒压源和一个内阻相串联的电路。恒压源的电压 等于端口的开路电压UOC,等效内阻等于单口网络中全部独立电源为 零时端口的输入电阻RO。 说明:上述定理的内容可用图1的示意框图说明。
解: (1)将a,b两端钮向左的
线性有源单口网络用戴维宁 等效电路代替
开路电压为
UOC U R1 1 U R22R2U24V 0
等效内阻为
RORR 11 RR 224 4 2 21.3 3
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(2)端钮c,d向右的无源单口网络等效 内阻Rcd为
R cd
R4 (R5 R6 ) R4 R5 R6