第三章 电路定理PPT讲稿.ppt
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1、第三章 电路定理第1页,共50页,编辑于2022年,星期二第一节第一节 叠加定理叠加定理 一定理陈述及其解释性证明一定理陈述及其解释性证明1定定理理陈陈述述:在在线线性性电电路路中中,任任一一支支路路的的电电流流或或电电压压是是电电路路中中各各个个独独独独立立立立源源源源(激激激激励励励励)分分别别作作用用时时在在该该支支路路中中产产生生的的电电流流或或电压的电压的代数和代数和。aR1R3+US1-I1IS2-US3+Ua、I1 与各与各个激励关系个激励关系 第2页,共50页,编辑于2022年,星期二叠加定理叠加定理R1R3I1US1aUS1 单单独独作作用用时时(IS2 不不作作用用时时开开
2、路路,US3 不作用时不作用时短路短路):R1R3IS2I1IS2 单独作用时单独作用时:US3 单独作用时:单独作用时:R1R3-US3+I1显然有显然有 第3页,共50页,编辑于2022年,星期二叠加原理证明叠加原理证明解释性证明:解释性证明:线线性性电电路路独独立立变变量量方方程程是是线线性性代代数数方方程程,其其方方程程右右端端项项与与各各电电源源成成正正比比,由由克克莱莱姆姆法法则则知知独独立立变变量量与与各各电电源源成成正正比比,再由支路再由支路VAR可知各支路可知各支路u、i亦与各电源成正比。亦与各电源成正比。二叠加定理二叠加定理注意点注意点 1、叠加定理是、叠加定理是线性电路线
3、性电路叠加特性叠加特性的概括表征。的概括表征。2、若若uS不不作作用用,则则短短接接之之,若若iS不不作作用用,则则开开路路之之;而而受受控控源源不不是是激激励励,即即作作图图分分解解时时受受受受控控控控源源源源始始始始终终终终保保保保留留留留在在在在电电电电路路路路中中,此此外外,定定理理中中“各各个个独独立立源源”可可换换为为“各各组组独独立立源源”(分分组组叠叠加加)。U Ua a =K K1 1U US1S1+K K2 2I IS2S2+K K3 3U US3S3 3、对、对非非线性电路不适用。线性电路不适用。4、要注意电压或电流的参考方向要注意电压或电流的参考方向(代数和代数和)。)
4、。第4页,共50页,编辑于2022年,星期二6、只只适适用用于于线线性性电电路路中中求求解解电电压压与与电电流流响响应应,而而不不不不能能能能用用用用来来来来计计计计算算算算功功功功率率率率。这这是是由由于于只只有有线线性性电电路路中中的的电电压压或或电电流流才才是是激激励励的的一一次次函函数数,而而功功率率与与激激励励不不再再是是一一次次函函数数关关系系。求求“代代数数和和”时要时要注意注意注意注意各电压或电流的各电压或电流的各电压或电流的各电压或电流的参考方向参考方向参考方向参考方向。7、当当线线性性电电路路只只有有一一个个激激励励时时,则则激激励励扩扩大大k倍倍,任任意意支支路路的响应也
5、扩大的响应也扩大k倍。这称为线性电路的倍。这称为线性电路的齐次性齐次性齐次性齐次性。实实际际上上:线线线线性性性性性性性性质质质质包包包包括括括括 叠叠叠叠加加加加性性性性(可可可可加加加加性性性性)和和和和齐齐齐齐次次次次性性性性(比比比比例例例例性性性性,均均均均匀匀匀匀性性性性)。5、叠加时,电路的连接以及电路中所有的元件(除不作用的独立、叠加时,电路的连接以及电路中所有的元件(除不作用的独立源)都不允许更动。源)都不允许更动。第5页,共50页,编辑于2022年,星期二 求图求图(a)中的中的uab、i1。(b)6313Ai1 ab 解:采用解:采用“分组叠加分组叠加”方法方法3A电流源
6、单独作用时(图电流源单独作用时(图(b))其它独立源共同作用时(图其它独立源共同作用时(图(c))(a)631-6V+12V-2A3Ai1ab例例1(c)631-6V+12V-2Ai1 ab第6页,共50页,编辑于2022年,星期二图示电路中图示电路中NS为为有源有源线性三端口网络,线性三端口网络,已知:已知:IS1=8A、US2=10V时,时,UX=10V;IS1=8A、US2=6V时,时,UX=22V;IS1=US2=0时,时,UX=2V;试;试求:求:IS1=2A、US2=4V时,时,UX=?UX IS1 US2 NS解:解:用用“待定系数法待定系数法”求解:设求解:设UX=K1IS1+
7、K2US2+K3 其中其中K3为为NS内部所有独立源对内部所有独立源对UX 所产生的贡献。所产生的贡献。若为若为无源无源线性网络,则线性网络,则不不不不考虑考虑内部电源内部电源的作用的作用.例例2第7页,共50页,编辑于2022年,星期二第二节第二节 替代定理替代定理(置换定理置换定理)一一定定理理陈陈述述:在在给给给给定定定定的的线线性性或或非非线线性性电电路路中中,若若已已知知第第k条条支支路路的的电电压压uk和和电电流流ik,且且该该支支路路不不含含有有受受控控源源或或受受控控源源的的控控制制量量,则则该该支支路路可可以以用用下下列列任任何何一一种种元元件件来来替替代代:uS=uk的的电
8、电压压源源;iS=ik的的电电流流源源;若若pk吸吸 0,则则可可替替代代为为Rk=|ukik|的的电电阻阻。若若替替代代前前后后电电路路均均具具有有唯唯一一解解,则则替代后电路中各支路的电压与电流均保持为原值。替代后电路中各支路的电压与电流均保持为原值。2)替代前后电路均具有唯一解,因此替代后)替代前后电路均具有唯一解,因此替代后uk 不变;不变;其它各支路的电压、电流不变其它各支路的电压、电流不变。1)设第)设第k条支路用条支路用iS=ik 来替代,则替代前后来替代,则替代前后ik不变;不变;其它其它支路支路VAR未变;未变;KCL、KVL未变;未变;二定理证明二定理证明第8页,共50页,
9、编辑于2022年,星期二 这这相相当当于于数数学学上上将将具具有有唯唯一一解解的的一一组组方方程程中中的的某某一一未未知知量量用用其其解解答答代代替替,不不会会引引起起方方程程中中其其它它任任何何未未知知量量的的解答在量值上有所改变。解答在量值上有所改变。三三 定理应用定理应用 说明:说明:1、实际上,某一支路的电压和电流不一定全要知道,才能、实际上,某一支路的电压和电流不一定全要知道,才能用替代定理,而是知道其中之一,就可用相应的元件去替用替代定理,而是知道其中之一,就可用相应的元件去替代。如:已知代。如:已知uk,则可用电压为,则可用电压为uk的独立源来置换该支路的的独立源来置换该支路的元
10、件。元件。2、电压源的极性和电流源的方向必须和原网络中的被替代量、电压源的极性和电流源的方向必须和原网络中的被替代量一致。一致。第9页,共50页,编辑于2022年,星期二替代定理应用替代定理应用大网络的大网络的“撕裂撕裂”:i2BCAi1Ai2i1Bi1i2C 替替代代定定理理推推广广用用于于二二端端网网络络时时,要要求求该该二二端端网网络络内内部部某某部部分分电电压压或或电电流流不不能能是是外外部部受受控控源源的的控控制量制量。某些线性电路问题的解决某些线性电路问题的解决(如定理的证明如定理的证明);具有唯一解非线性电路问题的简化分析。具有唯一解非线性电路问题的简化分析。i+u-Ni+u-N
11、 是测试或试验中采用假负载的理论依据。是测试或试验中采用假负载的理论依据。第10页,共50页,编辑于2022年,星期二作业:作业:3-1,3-3,3-5第11页,共50页,编辑于2022年,星期二 课前练习题课前练习题图示电路图示电路,求电压求电压U。解法解法1:叠加叠加定理定理U=-6V6618V 3A3+U-3U=12V 663A3+U-36618V 3+U-3663A3+U-3解法解法2:节点法节点法U=U+U=6V第12页,共50页,编辑于2022年,星期二一端口网络一端口网络 两个端钮电流相等的二端网络两个端钮电流相等的二端网络无源无源一端口一端口网络(无源网络(无源二端二端网络)网
12、络)第三节第三节 戴维南戴维南定理与诺顿定理定理与诺顿定理3642A+24V-ab(a)-8V+3644Aab (b)abR6+16V-ab(c)?含源一端口网络含源一端口网络(有源二端网络)(有源二端网络)ab含源含源ab无源无源第13页,共50页,编辑于2022年,星期二Ri NS 的的“除源电阻除源电阻”是指将是指将NS内所有的独立源令为零内所有的独立源令为零(将将uS短路,将短路,将iS开路开路)时的入端电阻时的入端电阻(除源后的除源后的一端口用一端口用N0表示表示)。NSi+u-外外电电路路(a)uOC NS 端口的开路电压端口的开路电压 1定理陈述:定理陈述:任何一个含独立源、线性
13、电阻、线任何一个含独立源、线性电阻、线性受控源的一端口网络性受控源的一端口网络NS,对于外电,对于外电路来说都可以等效成为有伴电压源路来说都可以等效成为有伴电压源(uOC 与与Ri 的串联组合的串联组合),其中:,其中:一戴维南定理一戴维南定理i+u-外外电电路路(b)Ri+uoc第14页,共50页,编辑于2022年,星期二 2.定理证明:定理证明:开路开路NS +u=uOC -NOi+u-iNSi+u-i替代定理替代定理 u=u+u=uOC-Ri i 定理证毕定理证毕 两个网络若在端口处的两个网络若在端口处的VCR相相同,则两者对同,则两者对外电路外电路而言是而言是等效等效的。的。(b)i+
14、u-外外电电路路Ri+uocNSi+u-外外电电路路(a)Rii +u=Rii -i第15页,共50页,编辑于2022年,星期二二诺顿定理二诺顿定理 任任何何一一个个含含独独立立源源、线线性性电电阻阻、线线性性受受控控源源的的一一端端口口网网络络NS,对对于于外外电电路路来来说说都都可可以以等等效效成成为有伴电流源为有伴电流源(iSC 与与Gi 的的并联组合并联组合),其中:,其中:iSC NS 端口的短路电流;端口的短路电流;iSC 方向方向由由u的的“+极极”沿外电路至沿外电路至“-极极”!Gi=1Ri NS 的的“除源电导除源电导”先先将将NS 等等效效为为戴戴维维南南等等效效电电路路,
15、再再用用有有伴伴电电源源等等效效变变换换即即证证。由由等等效效关关系系可可知知:iSC=i|u=0=uOCRi NSi+u-外外电电路路(a)iiSC外外电电路路(b)+u Gi1定理定理2证明证明 第16页,共50页,编辑于2022年,星期二三戴维南等效电路或诺顿等效电路的三戴维南等效电路或诺顿等效电路的求法求法方法一方法一 (若除源后若除源后N0 为为简单简单纯电阻电路纯电阻电路):求求uOC、iSC 二者之一,其中:二者之一,其中:uOC 令端口令端口i=0 (开路开路)iSC 令端口令端口u=0 (短路短路)对除源网络对除源网络N0(简单纯电阻电路简单纯电阻电路)用串、并联的方法求出用
16、串、并联的方法求出Ri 方法二方法二:同时求出:同时求出uOC、i SC 则:则:Ri=uOC iSC但当但当uOC=0时,时,iSC 也为也为零零,此时就此时就不能不能用用上式求上式求Ri 第17页,共50页,编辑于2022年,星期二方法三方法三(一步法一步法或激励响应法或激励响应法):直接对直接对NS 求解端口的求解端口的VAR,若求得为,若求得为 u=A+B i 则由戴维南等效电路知:则由戴维南等效电路知:uOC=A,Ri=B(当求(当求uOC 或或iSC 的电路仍然较复杂时用此法的计算的电路仍然较复杂时用此法的计算量最少量最少)方法四:方法四:实验测量法实验测量法(限于(限于直流直流电
17、路)电路)+U R-+UOC -RiI测开路电压测开路电压UOC;允允许许短短路路时时测测ISC,则则Ri=UOCISC;否否则则用用R作为外电路并测其作为外电路并测其U、I,此时此时NSi+u -+uS -第18页,共50页,编辑于2022年,星期二 试分别求当负载电阻试分别求当负载电阻RL为为7和和11时电流时电流I之值之值。解解:特特点点 求求解解量量均均在在RL 支支路路(a图图)。最最好好选选用用戴戴维维南南定定理理(或或诺诺顿顿定定理)求解:理)求解:求求UOC 用回路法用回路法(b图图)对对除除源源后后的的简简单单电电阻阻电电路路用用串并联串并联的方法求的方法求Ri 32048R
18、L-16V+1AIab(a)32I1-201=16 得得 I1=98A UOC=8I1+16 31=4V 32048abRi(c)ab(b)32048-16V+1A1AI1+UOC -例例1第19页,共50页,编辑于2022年,星期二由戴维南等效电路求由戴维南等效电路求I IRL4V 9此此解法简单解法简单!第20页,共50页,编辑于2022年,星期二求图求图(a)电路的最简等效电路。电路的最简等效电路。除源(受控源不得除去)求除源(受控源不得除去)求Ri(图(图b)消去非端口变量消去非端口变量I1 得:得:Ri=15+20V-15a+U-bI解法一:求解法一:求UOC、Ri I=0 求求UO
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