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4 电路定理

叠加定理与替代定理

叠加定理

  线性电阻电路中,多个独立电源共同激励下的响应,等于独立电源单独激励下相应的代数和。
  线性电阻电路的相应和激励又是齐次线性关系,所以叠加定理可以表述为下式: $$i(\mathrm{or\ } u)=\sum _ {j=1}^n k _ju _ {\mathrm sj}+\sum _ {j=1}^mk^\prime_ji _ {\mathrm sj}\tag{3.3}$$

  “齐次”表现在式$(3.3)$等号右边没有加上什么常数。只要确定所有系数 $k$,响应就能够由各个电源的参数表示。

关于电源置零求系数 $k$

  如果要求 $k _t$,可以把除电压源 $u _ {\mathrm st}$ 之外的电源全部置零,在置零后的电路中,就有 $i(\mathrm{or\ }u)=k _tu _ {\mathrm st}$,从而求出系数 $k _t$。每一个系数都可以这样求。
  电压源置零相当于将其短路,电流源置零相当于将其断路。

替代定理

  在任何电路中,如果某条支路 $k$ 的电压为 $u _k$,则支路可以用电压源 $ u _k$ 替代;如果支路 $k$ 的电流为 $i _k$ ,则支路可用电流源 $i _k$ 替代。在原电路和替换后电路均具有唯一解的条件下,两个电路的工作状态相同。

戴维南定理和诺顿定理

  这两个定理都是对一端口含电源线性电阻网络的等效变化。戴维南定理将网络等效变换为戴维南电路,诺顿定理将网络等效变换为诺顿电路。

  含有独立电源的一端口线性电阻网络,对端口以外的电路 而言,等效为由电压源 $u _ {\mathrm{OC}}$ 和电阻 $R _ \mathrm{eq}$ 串联的戴维南支路,称为戴维南等效电路。
  其中 $u _ \mathrm{OC}$ 是网络的端口开路电压,$R _ \mathrm{eq}$ 是网络内部全部置零后的端口等效电阻

  含有独立电源的一端口线性电阻网络,对端口以外的电路而言,等效为由电流源 $i _ \mathrm{SC}$ 和电阻 $R _ \mathrm{eq}$ 并联的诺顿支路,称为诺顿等效电路。
  其中 $i _ \mathrm{SC}$ 是端口短路电流,$R _ \mathrm{eq}$ 是网络内部独立电源全部置零后的端口等效电阻。

关于定理的使用

  一般碰到的电路都是由独立电压(电流)源、受控源、电阻组成的,这样的电路都是线性电阻网络,都可以使用上面两个定理。
  在用戴维南定理求 $u _ \mathrm{OC}$ 时,如果网络内部只有一个独立电源,可以运用基尔霍夫定律或者电路方程求解。当网络中出现多个独立电源的时,运用叠加定理,分别对单个独立电源激励的情况求解。在用诺顿定理求 $i _ \mathrm{SC}$ 时也是如此。
  上面两个定理求 $R _ \mathrm{eq}$ 时,都是在松弛网络里求解的。所谓松弛网络,就是网络中所有电源置零后得到的网络。松弛网络可能是纯电阻网络,这种情况挺好求解的,使用第二章中的方法。当松弛网络中含有受控源的时候,要通过写出端口的 $u-i$ 关系求 $R _ \mathrm{eq}$。

最大功率传输定理

  求某线性电阻网络中可变电阻 $R$ 的最大传输功率,一般将电路中 $R$ 外的一端口网络等效为戴维南支路,当 $R$ 等于 $R _ \mathrm{eq}$ 时,获得最大功率 $P _ \mathrm{max}=\cfrac{U _ \mathrm{OC}^2}{4R _ \mathrm{eq}}$。