戴維寧定理(也稱為戴維南定理):任何一個(gè)線性含源一端口網(wǎng)絡(luò),對(duì)外電路來(lái)說(shuō),總可以用一個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)組合來(lái)等效置換;此電壓源的電壓等于外電路斷開(kāi)時(shí)端口處的開(kāi)路電壓Uoc,而電阻等于一端口的輸入電阻(或等效電阻Req)。圖1所示為戴維寧定理的等效電路。
圖1 戴維寧定理等效電路
下面給出戴維南定理的證明
?。?)當(dāng)有源兩端網(wǎng)絡(luò)接上負(fù)載RL時(shí),負(fù)載中電流I≠0,如圖(a)所示。
?。?)當(dāng)斷開(kāi)負(fù)載時(shí),出現(xiàn)開(kāi)路電壓UOC,負(fù)載中電流I=0,如圖(b)所示。
?。?)當(dāng)在開(kāi)口處用電壓為UOC的理想電壓源接入時(shí),電路中狀態(tài)不發(fā)生變化,負(fù)載中電流I=0,如圖(c)所示。
?。?)在電路中再反向串接一個(gè)電壓為UOC的理想電壓源,則兩個(gè)電源的端電壓等效為零,電路相當(dāng)于回到圖(a),此時(shí)負(fù)載電流I≠0,如圖(d)所示。
(5)虛線框內(nèi)相當(dāng)于一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò),如圖(e)所示。
?。?)將無(wú)源網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)電阻。如圖(f)所示。
由此可見(jiàn),可以將一個(gè)有源兩端網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)理想電壓源與一個(gè)電阻的串聯(lián)電路。其理想電壓源的電壓就等于兩端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓,其串聯(lián)的電阻就等于兩端網(wǎng)絡(luò)除源后的等效電阻。
戴維寧定理等效電路的求解方法
?。?)開(kāi)路電壓Uoc的計(jì)算
戴維寧等效電路中電壓源電壓等于將外電路斷開(kāi)時(shí)的開(kāi)路電壓Uoc,電壓源方向與所求開(kāi)路電壓方向有關(guān)。計(jì)算Uoc的方法視電路形式可選擇前面學(xué)過(guò)的任意方法,使易于計(jì)算。
?。?)等效電阻Req的計(jì)算
等效電阻為將一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部獨(dú)立電源全部置零(電壓源短路,電流源開(kāi)路)后,所得無(wú)源一端口網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。常用下列方法計(jì)算:
?、佼?dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不含有受控源時(shí)可采用電阻串并聯(lián)和△-Y互換的方法計(jì)算等效電阻;
?、谕饧与娫捶ǎ与妷呵箅娏骰蚣与娏髑箅妷海?,如圖2所示;
圖2 外加電源法求等效電阻
?、坶_(kāi)路電壓,短路電流法。
圖3 開(kāi)路電壓法求等效電阻
戴維寧定理習(xí)題
例1 利用戴維寧定理求下圖所示電路中的電壓U0
分析:斷開(kāi)待求電壓所在的支路(即3Ω電阻所在支路),將剩余一端口網(wǎng)絡(luò)化為戴維寧等效電路,需要求開(kāi)路電壓Uoc和等效電阻Req。
?。?)求開(kāi)路電壓Uoc,電路如下圖所示
由電路聯(lián)接關(guān)系得到,Uoc=6I+3I,求解得到,I=9/9=1A,所以Uoc=9V
(2)求等效電阻Req。上圖電路中含受控源,需要用第二(外加電源法(加電壓求電流或加電流求電壓))或第三種(開(kāi)路電壓,短路電流法)方法求解,此時(shí)獨(dú)立源應(yīng)置零。
法一:加壓求流,電路如下圖所示,
根據(jù)電路聯(lián)接關(guān)系,得到U=6I+3I=9I(KVL),I=I0′6/(6+3)=(2/3)I0(并聯(lián)分流),所以U=9′(2/3)I0=6I0,Req=U/I0=6Ω
法二:開(kāi)路電壓、短路電流。開(kāi)路電壓前面已求出,Uoc=9V,下面需要求短路電流Isc。在求解短路電流的過(guò)程中,獨(dú)立源要保留。電路如下圖所示。
根據(jù)電路聯(lián)接關(guān)系,得到6I1+3I=9(KVL),6I+3I=0(KVL),故I=0,得到Isc=I1=9/6=1.5A(KCL),所以Req=Uoc/Isc=6Ω
最后,等效電路如下圖所示
根據(jù)電路聯(lián)接,得到
注意:
計(jì)算含受控源電路的等效電阻是用外加電源法還是開(kāi)路、短路法,要具體問(wèn)題具體分析,以計(jì)算簡(jiǎn)便為好。
評(píng)論
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