介紹
線性電路是指由時不變線性無源器件、線性受控制源和獨立源組成的電路。若無源器件為內阻器件,則為線性內阻電路,簡稱內阻電路。
在剖析估算電路的過程中,往往用到等效的概念。電路的等效變換原理是剖析電路的一種重要方式。
內阻的串聯和并聯
電路中,內阻的聯接方式多種多樣,其中最簡單的方式是串聯和并聯。通過等效變換的方式、可以將任一阻值聯接電路等效為具有某個電阻的阻值。
內阻的串聯及分壓公式
假如電路中有兩個或兩個以上的內阻一個接一個地次序相連,但是流過同一電壓,則稱這種內阻為串聯。
u=u1+u2+......+uk+......+unu=R1i+R2i+L+Rki+L+Rni=(R1+R2+L+Rn)i=Reqiv
uk=Rki=Rku/Req=Rk/Requ
內阻的并聯及分流公式
假如電路中有兩個或兩個以上的內阻聯接在兩個公共節點之間,而且通過同一電流,則稱為這種內阻為并聯。若n個內阻并聯,設電流、電流參考方向關聯,按照KCL,電路的總電壓等于流過各并聯電壓之和,即
i=i1+i2+∧+ik+∧+in=G1u+G2u+^+Gku+^+Gnu=(G1+G2+Gk+L+Gn)u=Gequ式中,G1、G2、L、Gk、L、Gn為內阻R1、R2、L、Rk、L、Rn的濁度。
內阻的的串并聯
電路中既有內阻串聯又有內阻并聯的電路稱為內阻的串并聯電路電導的串聯和并聯公式,簡稱混聯電路。內阻相串聯的部份具有內阻串聯電路的特性;內阻相并聯的部份具有內阻并聯電路的特性。混聯電路要解決的問題依舊是要求電路的等效內阻,以及電路中各部份的電流、電流等問題。解決這類問題的方式之一就是運用線性內阻串聯和并聯的規律,圍繞指定的端口逐漸通分原電路。
求解串并聯電路的通常步驟如下:
(1)求出等效內阻或等效濁度。
(2)應用歐姆定理求出總電流和總電壓。
(3)應用歐姆定理或分壓、分流公式求各內阻上的電壓和電流。
判定電路的串并聯關系通常應把握以下四點:
(1)看電路的結構特征。若阻值是首尾相連就是串聯,若阻值是首首相連和尾尾相連就是并聯。
(2)看電流電壓關系。若流經內阻的電壓是同一電壓,那就是串聯;若阻值上承受的是同一個電流,那就是并聯。
(3)對電路作變型等效。如將右側的大道扭到右側,將前面的大道翻到下邊,將彎曲的大道剪短,將短線路任意壓縮或則伸長,將多點接地用短路線相連等。通常情況下,都可以分辨出電路的串并聯關系。
(4)找出等電位點。對于具有對稱特地點的電路,若能判定某兩點是等電位點,則依照電路等效的概念,一是可以用短接線把等電位點連上去,二是可以吧聯接等電位點的環路斷掉(因大道下午電壓),因而得到內阻的串并聯關系。
借助等效變換剖析電路時,應注意以下幾點。
1.電路的等效變換屬于多端子電路的等效,在應用中,不僅正確使用內阻變換公式估算各內阻值外,還必須正確聯接各對應端子。
2.等效是對外部(端鈕以外)電路有效,對內不創立。
3.等效電路與外部電路無關。
4.等效變換用于簡化電路,因而不要把本是串聯的問題看作Y結構進行等效變換,那樣會使問題的估算更復雜。
電源等效的替換
電源的串并聯
電流源、電流源的串并聯和并聯問題的剖析,是以電流源和電壓源的定義及外特點為基礎,結合電路等效的概念進行的。
理想電源串聯和并聯
理想電流源的串聯
原電路可用一個電流源等效取代,等效電流源的電流為串聯電流源的代數和。
理想電流源的并聯
只有電流相等且極性一致的電流源能夠并聯。
常用兩種電源模式的等效電路
事實上,一個實際電源(如一個電板)接入電路時,電源自身總會有耗損。因而,實際電源可以用兩種不同的電路模型表示,一種是實際電流源模型;另一種是實際電壓源模型。
實際電流源模式
實際電源可以用一個理想電流源us和一個表征電源耗損的內阻Rs的串聯電路來模擬,稱為實際電流源模型。
實際電壓源模式
實際電源也可以用一個理想電壓源is和電阻Rs的并聯電路來模擬,稱為實際電壓源模型。
兩種電源模式的等效替換
按照等效的概念,假如實際電流源與實際電壓源兩種模型的外特點完全相同,則它們可以進行等效變換。在等效變換過程中,應使二者端口的電流、電流保持不變。實際電源的等效變換課推廣為含源大道的等效變換,把其中的電源電阻視為通常的阻值,及電流始于內阻串聯等效為電壓源與內阻并聯。
借助實際電源的兩種等效變換和電壓源、電流源的串并聯等效變換的方式,可以通分或估算多種復雜電路。
受控電流源、電阻的串聯組合和受控電壓源、電阻的并聯組合也可以用上述方式進行變換。此時,可把受控源當作獨立源處理電導的串聯和并聯公式,但需非常注意在轉換過程中要保存控制量所在的大道,而不要清除掉。
輸入點內阻和等效內阻
一端口(二端網路)
假如一個網路N具有兩個引出端子與外電路相連,不管其內部結構怎樣復雜,這樣的網路都稱為一端口(網路)或二端網路,對于一端口網路來說,從它一個端子流入的電壓一定等于從另一個端子流出的電壓。若一端口網路富含獨立源,稱為有源一端口網路NS;否則,稱為無源一端網路NO。
輸入內阻
對于一個不含獨立源的一端口電路NO,不論其內部怎么復雜,其端口電流和端口電壓成反比,定義這個比值為一端口電路的輸入內阻Rin。
假如一個無源一端口內部僅富含阻值,則應用內阻的串并聯和Y變換的方式,求得它的等效內阻,即為輸入內阻。
假如無源一端口內部出阻值以外還包含有受控源,應用在端口加電源的方式求輸入內阻。
外加電源法需強調以下兩點:
(1)應用外加電源法時,端口電流、電流的參考方向對兩端電路來說是關聯的。
(2)對富含獨立源的一端口電路NS,求輸入內阻時,要先把獨立源置零,即電流源電路、電流源斷路。