在前面的三个教程中,我们研究了使用基尔霍夫电路定律,网格分析以及最后的节点分析来解决复杂的电路。但是,还有更多的“电路分析定理”可供选择,可以从中计算电路中任何一点的电流和电压。在本教程中,我们将研究已开发的一种较为常见的电路分析定理,戴维南定理,(又译为戴维宁定理)又称等效电压源定律,是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。
戴维南定理指出:一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端,就其外部型态而言,在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中,此定理不仅只适用于电阻,也适用于广义的阻抗。戴维南定理在多电源多回路的复杂直流电路分析中有重要应用,如下所示。
戴维南定理在电源或电池系统以及其他互连电阻电路的电路分析中特别有用,它将对电路的相邻部分产生影响。
戴维南等效电路
就负载电阻器R L而言,任何由多个电阻电路元件和能源组成的复杂“单端口”网络都可以用一个等效电阻Rs和一个等效电压Vs代替。Rs是回溯到电路中的源电阻值,Vs是端子处的开路电压。
例如,考虑先前教程中的电路。
首先,要分析电路,我们必须去除连接在端子AB两端的中心40Ω负载电阻,并去除与电压源相关的任何内部电阻。这是通过短路连接到电路的所有电压源(即v = 0)或使i = 0的任何连接的电流源开路来实现的。原因是我们希望有一个理想的电压源或理想的电流源进行电路分析。
通过计算在短路所有电压源的情况下从端子A和B回望的总电阻得出等效电阻Rs的值。然后,我们得到以下电路。
计算等效电阻(Rs)
电压Vs定义为端子A和端子B之间开路时的总电压。即没有连接负载电阻R L。
计算等效电压(Vs)
现在,我们需要将两个电压重新连接回电路,并且当V S = V AB时,环路的电流计算如下:
这两个电阻共有0.33安培(330mA)的电流,因此20Ω电阻或10Ω电阻上的压降可计算为:
V AB = 20 –(20Ωx 0.33amps)= 13.33伏。
要么
V AB = 10 +(10Ωx 0.33amps)= 13.33伏,相同。
那么戴维南的等效电路将由一个6.67Ω的串联电阻和一个13.33v的电压源组成。将40Ω电阻连接回电路后,我们得到:
因此,流经电路的电流为:
这样我们计算出电流为0.286安培,我们在先前的电路分析教程中使用基尔霍夫的电路定律,计算也会得到相同的值。
戴维南定理可以用作另一种类型的电路分析方法,并且在分析由一个或多个电压或电流源和电阻组成的复杂电路中特别有用,这些电阻以通常的并联和串联方式放置。
尽管戴维南的电路定理可以用电流和电压的计算来描述,但它在大型网络中不如网孔电流分析或节点电压分析法那么强大,因为在任何戴维宁练习中通常都需要使用网孔或节点分析,因此不复杂的电路中可以使用。但是,戴维南定理在晶体管,电压源(例如电池)等等效电路在电路设计中非常有用。
戴维南定理摘要
我们在这里已经看到戴维南定理是另一种类型的电路分析工具,可用于将任何复杂的电气回路,简化为一个由单个电压源Vs与单个电阻Rs组合而成的简单电路。
使用戴维南定理求解电路的基本过程如下:
- 1.移除负载电阻R L或相关元件。
- 2.通过短路所有电压源或将所有电流源开路来找到R S。
- 3.通过常规电路分析方法求出V S。
- 4.计算流过负载电阻R L的电流。
在下一个教程中,我们将研究诺顿定理,该定理允许由线性电阻和电源组成的电气回路由等效电路表示,该等效电路具有单个电源与单个电阻并联。