《电路/电路原理》—戴维宁(南)定理实战演练

简介: 《电路/电路原理》—戴维宁(南)定理实战演练

前言


战前准备


什么是戴维南定理?


戴维南定理(Thevenin's theorem)标准解释:含独立电源的线性电阻单口网络N,就端口特性而言,可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压Uoc;电阻Ro是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N的等效电阻。如图所示:

image.png

Uoc 称为开路电压。Ro称为戴维南等效电阻。在电子电路中,当单口网络视为电源时,常称此电阻为输出电阻,常用Ro表示;当单口网络视为负载时,则称之为输入电阻,并常用Ri表示。电压源Uoc和电阻Ro的串联单口网络,常称为戴维南等效电路。

当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时,其端口电压电流关系方程可表为:U=iRo+Uoc

戴维南定理的意义


戴维南定理是最常用的电路简化方法之一,当研究复杂电路中的某一条支路时,利用电工学中的支路电流法、节点电压法等方法很不方便,此时使用戴维南定理来求解某一支路中的电流和电压是很适合的。

注意事项


  1. 戴维南定理只对外电路等效,对内电路不等效。也就是说,不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后,又返回来求原电路(即有源二端网络内部电路)的电流和功率。
  2. 应用戴维南定理进行分析和计算时,如果待求支路后的有源二端网络仍为复杂电路,可再次运用戴维南定理,直至成为简单电路。
  3. 戴维南定理只适用于线性的有源二端网络。如果有源二端网络中含有非线性元件时,则不能应用戴维南定理求解。

正文


实战接敌:编号001


image.png

首先分析:“001号敌“属于线性有源二端网络,其未“装配”非线性元件,可以采用戴维南定理进行“反击”。

战术分析:编号001


(1)将待求支路从电路中取走,求开路电压Uoc


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回路1:

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列写KVL方程✍:

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得:

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类似的,开口2:

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得:

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(2)将有源一端口内的独立源置零,求等效内阻Req


Tips:置零口诀:电压源短路,电流源断(开)路

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电阻并联得:

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(3)画出戴维南等效电路


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(4)将取走的待求支路接回等效电路中


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解得:

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实战接敌:编号002


image.png

首先不难侦察到,此敌配有一受控源:6I是控制量,流过3Ω的电流I,因此其为电流控制电压源。

战术分析:编号002


(1)将待求支路从电路中取走,求开路电压Uoc


image.png

回路1:

image.png

列写KVL方程✍:

image.png

得:

image.png

类似的,开口2:

image.png

image.png

得:

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(2)求等效内阻Req,因含源一端口内有受控源,可使用外加电源法


Tips:因为支路电流要控制电压,所以不能看成一个整体

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结点c列写KCL方程✍:

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回路1:

image.png

列写KVL方程✍:

image.png

得:

image.png

类似的,回路2:

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image.png

得:

image.png

image.png

联立可得:

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(3)画出戴维南等效电路

image.png

(4)将取走的待求支路接回等效电路中

image.png

解得:

image.png

总结


战后总结


1、只含“独立源”时


计算等效电阻Req:

  1. 将网络N中所有独立源置零值(“独立电压源”短路 ,“独立电流源”开路)
  2. 网络N只存在电阻元件,即可电阻电路的等效变换。(记住Y-Δ变换,惠斯通电桥,常见的几种电阻电路图及变换)

计算开路电压Uoc:

  1. 将电压源或电流源进行统一成同一类型独立电源,适当计算即可求开路电压Uoc;
  2. 或是使用叠加定理,求得分电路的开路电压,再相加和得Uoc
TipsTips:独立电压源并联电阻或并联电流源都等效为独立电压源(除受控电压源),可记忆为独立电压源电阻为零独立电流源串联电阻或串联电压源都等效为独立电流源(除受控电流源),可记忆为独立电流源电阻无穷大

2、含“受控源”和“独立源”时


计算等效电阻Req:

  1. 开路短路法
  2. 外加电源法
  3. 电阻等效变换法

计算开路电压Uoc:

外施激励法(一步法)

原电路不变,在端口加电流源(或者电压源 ),端口的电压为u, 得出二端网络端口的伏安关系, 其表达式为 u =i*Req+Uoc ,可同时得到开路电压Uoc和等效电阻Req的值。(附:遇到网络N比较复杂时,开路短路法比外施激励法更简洁易求解)

Tips:注意外加电源法和一步法的区别,一个需要独立源置零,一个不需要置零;一个只能求得等效电阻Req,一个能同时求得等效电压Uoc和等效电阻Req

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