线性含源一端口网络的戴维宁(诺顿)等效

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目次
1.定理
2.基本方法
3.定理适用性及解题方法探索
综合题★★★★
挑战★★★★★

1.定理

⑴戴维宁定理
任何一个线性含源一端口网络,对外电路来说,可以用一个电压源与电阻的串联组合来等效替代(如图1所示,称为戴维宁等效电路),电压源的电压便是该一端口的开路电压
,电阻便是该一端口全部独立源置零后的等效电阻
(即端口的输入电阻,如图2所示,
为独立源置零后的网络N)。

图1 戴维宁等效


图2 等效电阻

⑵诺顿定理
任何一个线性含源一端口网络,对外电路来说,可以用一个电流源与电阻的并联(或电导)组合来等效替代(如图3所示,称为诺顿等效电路),电流源的电流便是该一端口的短路电流
,电阻便是该一端口全部独立源置零后的等效电阻


图3 诺顿等效

2.基本方法

应用戴维宁定理和诺顿定理求解电路的一般方法和步骤是:
⑴求解含源一端口的开路电压
或短路电流

⑵求解端口的输入电阻
(或输入电导
),可采用以下两种方法:
①利用开路电压
或与短路电流
之比来求,即

②将含源一端口中的全部独立源置零,求其对应的无源一端口的
若无源一端口网络含有受控源,则采用外加电源法
⑶根据电源等效原理,求出戴维宁或诺顿等效电路中的任何一个,另一个可通过等效变换得到。
1用诺顿定理求图4所示电路的电流i

图4

解析:先求出除20Ω电阻以外电路(如图5所示,ab左侧电路)的诺顿(或戴维宁)等效电路。
①求短路电流
,将ab短路,得

②将电压源置零,求等效内阻(ab左侧),各电阻并联,得


图5


图6

诺顿等效电路如图6所示,则接入20Ω电阻后的电流为

3.定理适用性及解题方法探索

①戴维宁(诺顿)定理适用于求解电路中某一支路电压、电流或功率题目;
②一般在不研究线性含源一端口的内部环境,而只考虑其对外电路的作用时,才将该一端口等效成戴维宁或诺顿电路。
对能够直接求出外特性的一端口,可通过求外特性求得戴维宁(或诺顿)等效参数,即假设端口电压和相应的输出(或输入)电流,求得端口的VCR,即可从其表达式中直接得出等效参数。这种外特性法,有些资料称之为“一步法”。
2求图7所示电路的戴维宁或诺顿等效电路。

图7

解一:①求
。如图8所示,由KVL,有



图8

②求
,电路中含有受控源,因此用外加电源法。将4V电压源置零,在端口11'外加电压U,端口电流为I,如图9所示,列KVL方程


图9

解得
,所以

故,戴维宁等效电路如图10所示。

图10

解二:采用外特性法。参考图11,设端口电压为u,电流为i(也可设参考方向为流入方向),则结点①的电压方程为


图11

解得



根据设定的参考方向,
(假如设定端口电流为流入方向,则为
)。

综合题★★★★

3图12所示电路中,
,问R为何值时,电阻
两端的电压为最大?

图12

解析:起首求不包罗
支路电路的戴维宁等效电路(ab左侧)。


已知
两端的电压



解得

挑战★★★★★

4图13所示电路中,N为含独立源的线性电阻网络,R=0时,
R=12Ω时,
。试确定R为何值时,


图13

解析:设电阻R以外电路的戴维宁等效参数为
,依题意,有

解得

响应
可以看作是网络N和
分别引起的响应的叠加,设

由已知条件,有

解得

时,

又由戴维宁等效,有



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