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戴維南定理(Thevenin‘s theorem):含獨(dú)立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N,就端口特性而言,可以等效為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)。電壓源的電壓等于單口網(wǎng)絡(luò)在負(fù)載開路時(shí)的電壓uoc;電阻R0是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨(dú)立電源為零值時(shí)所得單口網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。
戴維南定理可以在單口外加電流源i,用疊加定理計(jì)算端口電壓表達(dá)式的方法證明如下。在單口網(wǎng)絡(luò)端口上外加電流源i,根據(jù)疊加定理,端口電壓可以分為兩部分組成。一部分由電流源單獨(dú)作用(單口內(nèi)全部獨(dú)立電源置零)產(chǎn)生的電壓u’=Roi,另一部分是外加電流源置零(i=0),即單口網(wǎng)絡(luò)開路時(shí),由單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部全部獨(dú)立電源共同作用產(chǎn)生的電壓u"=uoc。由此得到:U=u’+u"=Roi + uoc
戴維南等效電路受控源分析
戴維南定理指出,等效二端網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)勢(shì)E等于二端網(wǎng)絡(luò)開路時(shí)的電壓,它的串聯(lián)內(nèi)阻抗等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各獨(dú)立源和電容電壓、電感電流都為零時(shí),從這二端看向網(wǎng)絡(luò)的阻抗Zi。設(shè)二端網(wǎng)絡(luò)N中含有獨(dú)立電源和線性時(shí)不變二端元件(電阻器、電感器、電容器),這些元件之間可以有耦合,即可以有受控源及互感耦合;網(wǎng)絡(luò)N的兩端ɑ、b接有負(fù)載阻抗Z(s),但負(fù)載與網(wǎng)絡(luò)N

圖2內(nèi)部諸元件之間沒(méi)有耦合,U(s)=I(s)/Z(s)(圖1)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò) N中所有獨(dú)立電源都不工作(例如將獨(dú)立電壓源用短路代替,獨(dú)立電流源用開路代替),所有電容電壓和電感電流的初始值都為零的時(shí)候,可把這二端網(wǎng)絡(luò)記作N0。這樣,負(fù)載阻抗Z(s)中的電流I(s)一般就可以按下式1計(jì)算(圖2)

式1式中E(s)是圖1二端網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓,亦即Z(s)是無(wú)窮大時(shí)的電壓U(s);Zi(s)是二端網(wǎng)絡(luò)N0呈現(xiàn)的阻抗;s是由單邊拉普拉斯變換引進(jìn)的復(fù)變量。和戴維南定理類似,有諾頓定理或亥姆霍茲-諾頓定理。按照這一定理,任何含源線性時(shí)不變二端網(wǎng)絡(luò)均可等效為二端電流源,它的電流J等于在網(wǎng)絡(luò)二端短路線中流過(guò)的電流,并聯(lián)內(nèi)阻抗同樣等于看向網(wǎng)絡(luò)的阻抗。這樣,圖1中的電流I(s)一般可按下式2計(jì)算(圖3)

式2式中J(s)是圖1二端網(wǎng)絡(luò)N的短路電流,亦即Z(s)等于零時(shí)的電流I(s);Zi(s)及s的意義同前。圖2、圖3虛線方框中的二端網(wǎng)絡(luò),常分別稱作二端網(wǎng)絡(luò)N的戴維南等效電路和諾頓等效電路。

圖3在正弦交流穩(wěn)態(tài)條件下,戴維南定理和諾頓定理可表述為:當(dāng)二端網(wǎng)絡(luò)N接復(fù)阻抗Z時(shí),Z中的電流相量I一般可按以下式3計(jì)算

式3式中E、J分別是N的開路電壓相量和短路電流相量;Zi是N0呈現(xiàn)的復(fù)阻抗;N0是獨(dú)立電源不工作時(shí)的二端網(wǎng)絡(luò)N。這個(gè)定理可推廣到含有線性時(shí)變?cè)亩司W(wǎng)絡(luò)
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電路中電阻用串、并聯(lián)方法化簡(jiǎn)為一個(gè)等效電阻。這種電路不論有多少電阻,結(jié)構(gòu)有多復(fù)雜,都能用串、并聯(lián)方法化簡(jiǎn)為一個(gè)等效電阻的電路,稱為簡(jiǎn)單電阻電路;但有些電路電阻與電阻的關(guān)系,既不串、也不并這種類型的電路稱為復(fù)雜電阻電路。對(duì)于這類電阻可用三角形網(wǎng)絡(luò)等效變換為星形網(wǎng)絡(luò)或星形網(wǎng)絡(luò)等效變換為三角形網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)分析。
一、電阻的Y形與△形聯(lián)接的概念
在電路中,有時(shí)電阻的聯(lián)結(jié)即非串聯(lián)又非并聯(lián),如圖所示中,電阻
的一端都接在一個(gè)公共結(jié)點(diǎn)上,各自的另一端則分別接到三個(gè)端子上,我們稱此聯(lián)結(jié)方式為Y形聯(lián)結(jié);電阻
則分別接在三個(gè)端子的每?jī)蓚€(gè)之間,我們稱之為三角形聯(lián)結(jié)。

二、Y形和△形之間的等效變換


如圖所示,設(shè)它們對(duì)應(yīng)端之間有相同電壓

對(duì)于圖中
聯(lián)結(jié)的電路,各電阻中的電流分別為




對(duì)結(jié)點(diǎn)1、2、3分別列KCL方程,有

(1)

而對(duì)圖
聯(lián)結(jié)的電路,根據(jù)廣義回路分別列KVL方程,有


又因 
求解上述三個(gè)方程,可得出

根據(jù)等效變換的原則,式(1)和式(2)中電壓
、
和
前面的系數(shù)應(yīng)該相應(yīng)地相等,故經(jīng)整理后可得

(3)

上式就是從已知的
聯(lián)結(jié)電路的電阻來(lái)確定等效
電路的各對(duì)應(yīng)電阻的關(guān)系式。
也可整理成

(4)

可見(jiàn),上式就是從已知的
聯(lián)結(jié)電路的電阻來(lái)確定等效
聯(lián)結(jié)電路的各對(duì)應(yīng)電阻的關(guān)系式。
如果電路對(duì)稱,即當(dāng)
則它們之間的變換關(guān)系為
關(guān)于電阻的
和
之間的等效變換,我們要認(rèn)真理會(huì)其含義并加以記憶,在具體變換過(guò)程中,對(duì)各等效電阻應(yīng)出現(xiàn)的位置不能搞錯(cuò)。另外,由于電路圖的畫法可能不同,
和
可畫成不同的形式,我們?cè)谑褂脮r(shí)一定要仔細(xì)加以辨別。
例題:求如圖所示中電路的等效電阻
,其中R為3Ω。

解:將聯(lián)結(jié)于結(jié)點(diǎn)C的三個(gè)電阻R作
變換,各等效電阻
為

變換后的電路如圖(b)所示。在圖(b)中
R與
并聯(lián)等效電阻為
所以 