介紹
線性電路是指由時(shí)不變線性無(wú)源器件、線性受控制源和獨(dú)立源組成的電路。若無(wú)源器件為內(nèi)阻器件,則為線性?xún)?nèi)阻電路,簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)阻電路。
在剖析估算電路的過(guò)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(nèi)阻的串聯(lián)和并聯(lián)
電路中,內(nèi)阻的聯(lián)接方式多種多樣,其中最簡(jiǎn)單的方式是串聯(lián)和并聯(lián)。通過(guò)等效變換的方式、可以將任一阻值聯(lián)接電路等效為具有某個(gè)電阻的阻值。
內(nèi)阻的串聯(lián)及分壓公式
假如電路中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)阻一個(gè)接一個(gè)地次序相連,但是流過(guò)同一電壓,則稱(chēng)這種內(nèi)阻為串聯(lián)。
u=u1+u2+......+uk+......+unu=R1i+R2i+L+Rki+L+Rni=(R1+R2+L+Rn)i=Reqiv
uk=Rki=Rku/Req=Rk/Requ
內(nèi)阻的并聯(lián)及分流公式
假如電路中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)阻聯(lián)接在兩個(gè)公共節(jié)點(diǎn)之間,而且通過(guò)同一電流,則稱(chēng)為這種內(nèi)阻為并聯(lián)。若n個(gè)內(nèi)阻并聯(lián),設(shè)電流、電流參考方向關(guān)聯(lián),按照KCL,電路的總電壓等于流過(guò)各并聯(lián)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(nèi)阻R1、R2、L、Rk、L、Rn的濁度。
內(nèi)阻的的串并聯(lián)
電路中既有內(nèi)阻串聯(lián)又有內(nèi)阻并聯(lián)的電路稱(chēng)為內(nèi)阻的串并聯(lián)電路電導(dǎo)的串聯(lián)和并聯(lián)公式,簡(jiǎn)稱(chēng)混聯(lián)電路。內(nèi)阻相串聯(lián)的部份具有內(nèi)阻串聯(lián)電路的特性;內(nèi)阻相并聯(lián)的部份具有內(nèi)阻并聯(lián)電路的特性。混聯(lián)電路要解決的問(wèn)題依舊是要求電路的等效內(nèi)阻,以及電路中各部份的電流、電流等問(wèn)題。解決這類(lèi)問(wèn)題的方式之一就是運(yùn)用線性?xún)?nèi)阻串聯(lián)和并聯(lián)的規(guī)律,圍繞指定的端口逐漸通分原電路。
求解串并聯(lián)電路的通常步驟如下:
(1)求出等效內(nèi)阻或等效濁度。
(2)應(yīng)用歐姆定理求出總電流和總電壓。
(3)應(yīng)用歐姆定理或分壓、分流公式求各內(nèi)阻上的電壓和電流。
判定電路的串并聯(lián)關(guān)系通常應(yīng)把握以下四點(diǎn):
(1)看電路的結(jié)構(gòu)特征。若阻值是首尾相連就是串聯(lián),若阻值是首首相連和尾尾相連就是并聯(lián)。
(2)看電流電壓關(guān)系。若流經(jīng)內(nèi)阻的電壓是同一電壓,那就是串聯(lián);若阻值上承受的是同一個(gè)電流,那就是并聯(lián)。
(3)對(duì)電路作變型等效。如將右側(cè)的大道扭到右側(cè),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(zhǎng),將多點(diǎn)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(lián)關(guān)系。
(4)找出等電位點(diǎn)。對(duì)于具有對(duì)稱(chēng)特地點(diǎn)的電路,若能判定某兩點(diǎn)是等電位點(diǎn),則依照電路等效的概念,一是可以用短接線把等電位點(diǎn)連上去,二是可以吧聯(lián)接等電位點(diǎn)的環(huán)路斷掉(因大道下午電壓),因而得到內(nèi)阻的串并聯(lián)關(guān)系。
借助等效變換剖析電路時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
1.電路的等效變換屬于多端子電路的等效,在應(yīng)用中,不僅正確使用內(nèi)阻變換公式估算各內(nèi)阻值外,還必須正確聯(lián)接各對(duì)應(yīng)端子。
2.等效是對(duì)外部(端鈕以外)電路有效,對(duì)內(nèi)不創(chuàng)立。
3.等效電路與外部電路無(wú)關(guān)。
4.等效變換用于簡(jiǎn)化電路,因而不要把本是串聯(lián)的問(wèn)題看作Y結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效變換,那樣會(huì)使問(wèn)題的估算更復(fù)雜。
電源等效的替換
電源的串并聯(lián)
電流源、電流源的串并聯(lián)和并聯(lián)問(wèn)題的剖析,是以電流源和電壓源的定義及外特點(diǎn)為基礎(chǔ),結(jié)合電路等效的概念進(jìn)行的。
理想電源串聯(lián)和并聯(lián)
理想電流源的串聯(lián)
原電路可用一個(gè)電流源等效取代,等效電流源的電流為串聯(lián)電流源的代數(shù)和。
理想電流源的并聯(lián)
只有電流相等且極性一致的電流源能夠并聯(lián)。
常用兩種電源模式的等效電路
事實(shí)上,一個(gè)實(shí)際電源(如一個(gè)電板)接入電路時(shí),電源自身總會(huì)有耗損。因而,實(shí)際電源可以用兩種不同的電路模型表示,一種是實(shí)際電流源模型;另一種是實(shí)際電壓源模型。
實(shí)際電流源模式
實(shí)際電源可以用一個(gè)理想電流源us和一個(gè)表征電源耗損的內(nèi)阻Rs的串聯(lián)電路來(lái)模擬,稱(chēng)為實(shí)際電流源模型。
實(shí)際電壓源模式
實(shí)際電源也可以用一個(gè)理想電壓源is和電阻Rs的并聯(lián)電路來(lái)模擬,稱(chēng)為實(shí)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(shí)際電流源與實(shí)際電壓源兩種模型的外特點(diǎn)完全相同,則它們可以進(jìn)行等效變換。在等效變換過(guò)程中,應(yīng)使二者端口的電流、電流保持不變。實(shí)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(nèi)阻串聯(lián)等效為電壓源與內(nèi)阻并聯(lián)。
借助實(shí)際電源的兩種等效變換和電壓源、電流源的串并聯(lián)等效變換的方式,可以通分或估算多種復(fù)雜電路。
受控電流源、電阻的串聯(lián)組合和受控電壓源、電阻的并聯(lián)組合也可以用上述方式進(jìn)行變換。此時(shí),可把受控源當(dāng)作獨(dú)立源處理電導(dǎo)的串聯(lián)和并聯(lián)公式,但需非常注意在轉(zhuǎn)換過(guò)程中要保存控制量所在的大道,而不要清除掉。
輸入點(diǎn)內(nèi)阻和等效內(nèi)阻
一端口(二端網(wǎng)路)
假如一個(gè)網(wǎng)路N具有兩個(gè)引出端子與外電路相連,不管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜,這樣的網(wǎng)路都稱(chēng)為一端口(網(wǎng)路)或二端網(wǎng)路,對(duì)于一端口網(wǎng)路來(lái)說(shuō),從它一個(gè)端子流入的電壓一定等于從另一個(gè)端子流出的電壓。若一端口網(wǎng)路富含獨(dú)立源,稱(chēng)為有源一端口網(wǎng)路NS;否則,稱(chēng)為無(wú)源一端網(wǎng)路NO。
輸入內(nèi)阻
對(duì)于一個(gè)不含獨(dú)立源的一端口電路NO,不論其內(nèi)部怎么復(fù)雜,其端口電流和端口電壓成反比,定義這個(gè)比值為一端口電路的輸入內(nèi)阻Rin。
假如一個(gè)無(wú)源一端口內(nèi)部?jī)H富含阻值,則應(yīng)用內(nèi)阻的串并聯(lián)和Y變換的方式,求得它的等效內(nèi)阻,即為輸入內(nèi)阻。
假如無(wú)源一端口內(nèi)部出阻值以外還包含有受控源,應(yīng)用在端口加電源的方式求輸入內(nèi)阻。
外加電源法需強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn):
(1)應(yīng)用外加電源法時(shí),端口電流、電流的參考方向?qū)啥穗娐穪?lái)說(shuō)是關(guān)聯(lián)的。
(2)對(duì)富含獨(dú)立源的一端口電路NS,求輸入內(nèi)阻時(shí),要先把獨(dú)立源置零,即電流源電路、電流源斷路。