戴维南定理.ppt

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1、2.5 戴维南 定理,2.2 回路电流法,2.1 支路电流法,2.3 结点电压法,2.4 叠加 定理,第2章 电路的基本分析方法,熟练掌握支路电流法，因为它是直接应用基尔霍夫定律求解电路的最基本方法之一；理解回路电流及结点电压的概念，掌握回路电流法和结点电压法的内容及其正确运用；深刻理解线性电路的叠加性，了解叠加定理的适用范围；理解有源二端网络和无源二端网络的概念及其求解步骤，初步学会应用维南定理分析电路的方法。,本章的学习目的和要求,以支路电流为未知量，根据基尔霍夫两定律列出必要的电路方程，进而求解客观存在的各支路电流的方法，称支路电流法。,原则上适用于各种复杂电路，但当支路数很多时，方程数

2、增加，计算量加大。因此，适用于支路数较少的电路。,第1节 支路电流法,定义,适用范围,支路电流法求解电路的步骤,确定已知电路的支路数m，并在电路图上标示出各 支路电流的参考方向；,应用KCL列写n-1个独立结点方程式。,应用KVL列写m-n+1个独立电压方程式。,联立求解方程式组，求出m个支路电流。,用支路电流法求解下图所求电路中各支路电流，并用功率平衡校验求解结果。,图示电路n=2，m=3,选取结点列写KCL方程式,I1+I2I3=0,选取两个网孔列写KVL方程,对网孔：7I1+7I3=70,对网孔：11I2+7I3=6,支路电流法应用举例,举例一,解,由方程式可得：I1=10I3,由方程式

3、可得：I2=(67I3)11,代入可得：10I3+(67I3)11 I3=0,解得：I3=4A 代入 可得：I1=6A，I2=2A,R1上吸收的功率为：PR1=627=252W,I2得负值，说明它的实际方向与参考方向相反。,求各元件上吸收的功率，进行功率平衡校验,R2上吸收的功率为：PR2=(2)211=44W,R3上吸收的功率为：PR3=427=112W,US1上吸收的功率为：PS1=(670)=420W 发出功率,US2上吸收的功率为：PS2=(2)6=12W 吸收功率,元件上吸收的总功率：P=252+44+112+12=420W,电路中吸收的功率等于发出的功率，计算结果正确,支路电流法应

4、用举例,4个结点、,3个网孔、,7个回路、,6条支路。,需列KCL方程：4-1=3个,需列KVL方程：6-4+1=3个,在练习本上列出各方程式,想想、练练,说说对独立结点和独立回路的看法，应用支路电流法求解电路时，根据什么原则选取独立结点和独立回路？,下图示电路有几个结点？几条支路？几个回路？几个网孔？试用支路电流法列出相应方程式。,以假想的回路电流为未知量，根据KVL定律列出必要的电路方程，进而求解客观存在的各支路电流的方法，称回路电流法。,原则上适用于各种复杂电路，但对于支路数较多、且网孔数较少的电路尤其适用。,第2节 回路电流法,定义,适用范围,回路电流法求解电路的步骤,选取自然网孔作为

5、独立回路，在网孔中标出各回路电流的参考方向，同时作为回路的绕行方向；,建立各网孔的KVL方程，注意自电阻压降恒为正，公共支路上的互阻压降由相邻回路电流而定；,在电路图上标出客观存在的各支路电流参考方向，按照它们与回路电流之间的关系，求出各支路电流。,联立求解方程式组，求出各假想回路电流。,回路电流法应用举例,用回路电流法求解下图例一电路中各支路电流。,标出回路电流的参考绕行方向,显然回路电流自动满足KCL定律,只需对两个网孔列写KVL方程：,对网孔：14II+7I=70,对网孔：18I+7I=6,举例二,解,由方程式可得：I=102II,将II=6A代入得：I=2A,代入得：II=6A,根据支

6、路电流与回路电流的关系,可得：I1=II=6A I2=I=2A I3=II+I=6+(-2)=4A,想想、练练,说说回路电流与支路电流的不同之处，你能很快找出回路电流与支路电流之间的关系吗？,试用回路电流法对下图所示电路列写电路方程，与支路电流法相比较后，说一说回路电流法的适用范围。,支路电流是客观存在于各条支路中的响应，一般是电路分析求解的对象；回路电流则是为了减少电路分析中方程式的数目而人为假想的电路响应，由于回路电流对它所经过的电路结点，均流入一次、流出一次，因此自动满足KCL定律，这样在电路求解的过程中就可省去KCL方程，对结点数较多、网孔数较少的电路十分适用。回路电流经过的各条支路，

7、若某支路上仅流过一个回路电流，且方向与回路电流一致时，则这条支路电流在数值上应等于该回路电流，若方向相反应为回路电流的负值；若某公共支路上通过两个回路电流时，则支路电流在数值上应等于这两个回路电流之代数和，其中与该支路电流方向一致的回路电流取正值，与该支路电流方向相反的回路电流取负值。,阅读、理解,以结点电压为待求量，利用基尔霍夫定律列出各结点电压方程式，进而求解电路响应的方法。,原则上适用于各种复杂电路，但对于支路数较多、且结点数较少的电路尤其适用。与支路电流法相比，它可减少m-n+1个方程式。,第3节 结点电压法,定义,适用范围,结点电压法求解电路的步骤,选定参考结点。其余各结点与参考点之

8、间的电压就是待求的结点电压（均以参考点为负极）；,标出各支路电流的参考方向，对n-1个结点列写KCL方程式；,解方程，求解各结点电压；,用KVL和欧姆定律，将结点电流用结点电压的关系式代替，写出结点电压方程式；,由结点电压求各支路电流及其响应。,例,用结点电压法求解例一电路中各支路电流。,选取结点作为参考结点，求V1：,结点电压法应用举例,解,I1+I2I3=0,因为：I1=(70V1)7,I2=(6V1)11,I3=V1 7,解得V1=28V,V1代入得：I1=6A；I2=2A；I3=4A,V1,代入电流方程：,结点电压法应用举例,用结点电压法求解结点n=2的复杂电路时，显然只需列写出2-1

9、=1个结点电压方程式，即：,此式称弥尔曼定理。是结点电压法的特例,例,直接应用弥尔曼定理求V1,结点电压法应用举例,用结点电压法求解下图所示电路中各支路电流,例,解,（1/1+1/1）V1V2/1=1-1,列出结点电压方程：,（1/1+1/0.5）V2V1/1=1+1,可解得：V1=0.4V;V2=0.8V;V12=V1V2=0.40.8=0.4V,各支路电流分别为：I1=(2-0.4)/2=0.8A；I2=0.4/2=0.2A,I3=0.8/0.5=1.6A I4=(20.4)/2=0.8A,I5=(0.4)/2=0.2A,结点电压法应用举例,2V1V2=0,3V2V1=2,思考 练习,用结

10、点电压法求解下图所示电路，与回路电流法相比较，能得出什么结论？,此电路结点n=3，用结点电压法求解此电路时，只需列出3-1=2个独立的结点电压方程式：,根据求得的两结点电压，再应用欧姆定律可求得各支路电流为：,如果用回路电流法，由于此电路有5个网孔，所以需列5个方程式联立求解，显然解题过程繁于结点电压法。因此，对此类支路数多、结点少，回路多的电路，应选择结点电压法解题。,思考 练习,说说结点电压法的适用范围，应用结点电压法求解电路时，能否不选择电路参考点？,结点电压法适用于支路数较多，结点数目较少的电路，待求量结点电压实际上是指待求结点相对于电路参考点之间的电压值，因此应用结点电压法求解电路时

11、，必须首先选定电路参考结点，否则就失去了待求结点的相对性。,回路电流作为电路的独立待求量时，可自动满足结点电流定律，因此回路电流法与支路电流法相比可减少n-1个KCL方程式；结点电压作为电路的独立待求量时，可自动满足回路电压定律，与支路电流法相比可减少m-n+1个KVL方程式。两种方法都是为了减少方程式的数目而引入的解题方法。,比较回路电流法和结点电压法，你能从中找出它们相通的问题吗？,支路法、回路法和结点法的比较：,(2)对于非平面电路，选独立回路不容易，而独立结点 较容易。,(3)回路法、结点法易于编程。目前用计算机分析网络(电网，集成电路设计等)采用结点法较多。,(1)方程数的比较,在线

12、性电路中，任何一条支路的电流或电压，均可看作是由电路中各个电源单独作用时，各自在此支路上产生的电流或电压的叠加。,在多个电源同时作用的电路中，仅研究一个电源对多支路或多个电源对一条支路影响的问题。,第4节 叠加定理,定义,适用范围,在基本分析方法的基础上，学习线性电路所具有的特殊性质，更深入地了解电路中激励（电源）与响应（电压、电流）的关系。,研究目的,当电压源不作用时应视其短路,计算功率时不能应用叠加原理!,注意,I=I+I,=,+,叠加定理解题思路,当电流源不作用时则应视其开路,用叠加定理解决电路问题的实质，就是把含有多个电源的复杂电路分解为多个简单电路的叠加。应用时要注意两个问题：一是某

13、电源单独作用时，其它电源的处理方法；二是叠加时各分量的方向问题。以上问题的解决方法请看应用举例,+,恒流源相当于开路,恒压源相当于短路,内阻保留,原电路,电压源单独作用时,电流源单独作用时,根据叠加定理,叠加定理解题方法,叠加定理应用举例,用叠加原理求：I=?,4A电流源单独作用时：,解,20V电压源单独作用时：,I=I+I=2+（1）=1A,根据叠加定理可得电流I,应用叠加定理应注意以下几点,叠加定理只适用于线性电路求电压和电流；不能用叠加定理求功率(功率为电源的二次函数)。不适用于非线性电路。,应用时电路的结构参数必须前后一致。,叠加时注意参考方向下求代数和。,不作用的电压源短路；不作用的

14、电流源开路。,含受控源线性电路可叠加，受控源应始终保留。,例,求电压Us。,(1)10V电压源单独作用：,(2)4A电流源单独作用：,Us=-10 I1+U1,Us=-10I1+U1”,解,求电压Us,Us=-10 I1+U1=-101+4=-6V,Us=-10I1+U1=-10(-1.6)+9.6=25.6V,共同作用下：,Us=Us+Us=-6+25.6=19.6V,“恒压源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒压源用短接线代替，但恒压源所在支路的电阻应注意保留；“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒流源拿掉，使恒流源所在支路断开，恒流源所在支路的电阻也一并拿掉。电压和电流的求解可

15、应用叠加定理，是因为它们和电阻之间遵循着线性的欧姆定律关系；而功率只所以不能应用叠加定理，原因是功率和电阻之间不是线性关系，而是二次函数关系。,你能理解下述说法吗？,对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，均可以用一个恒压源US和一个电阻R0串联的有源支路等效代替。其中恒压源US等于线性有源二端网络的开路电压UOC，电阻R0等于线性有源二端网络除源后的入端等效电阻Rab。,第5节 戴维南定理,内容,只求解复杂电路中的某一条支路电流或电压时。,适用范围,戴维南定理应用举例,例,已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 U=10V求：当 R5=16 时，I5=?,求开路电压UOC,解,

16、戴维南定理应用举例,再求输入电阻RAB,恒压源被短接后，C、D成为一点，电阻R1和 R2、R3 和 R4 分别并联后相串联。即：R0=RAB=20/3030/20=12+12=24,戴维南定理应用举例,得原电路的戴维南等效电路,由全电路欧姆定律可得：,戴维南定理应用举例,下图所示有源二端网络，用内阻为50k的电压表测出开路电压值是30V，换用内阻为100k 的电压表测得开路电压为50V，求该网络的戴维南等效电路。,解,US=(30/50)RS+30,根据测量值列出方程式：,US=(50/100)RS+50,式代入式后可得：,0.6RS+30=0.5RS+50,由式解得：RS=200 k 代,又

17、可解得：US=150V,戴维南定理解题步骤归纳,（1）将待求支路与原有源二端网络分离，对断开的两个端钮分别标以记号（如A、B）；,（2）应用所学过的各种电路求解方法，对有源二端网络求解其开路电压UOC；,（3）把有源二端网络进行除源处理（恒压源短路、恒流源开路），对无源二端网络求其入端电阻RAB；,（4）让开路电压等于等效电源的US，入端电阻等于等效电源的内阻R0，则戴维南等效电路求出。此时再将断开的待求支路接上，最后根据欧姆定律或分压、分流关系求出电路的待求响应。,思考 练习,1.在电路分析时，独立源与受控源的处理上有哪些相同之处？哪些不同之处？,分析：电路分析过程中，在受控源的控制量存在情

18、况下，受控源在电路中起电源作用，此时它和独立源具有相同的特性，理想受控源之间仍然不能进行等效变换，含有内阻的受控源之间可以等效变换，等效变换的条件与独立源类似。由于受控源的数值受电路中某处电压（或电流）的控制，因此它不象独立源那样数值恒定，而是随控制量的变化而改变，因此在电路变换的过程中，特别要注意不能随意把受控源的控制量变换掉；另外在求等效电阻时，只要电路中存在控制量，受控源不能按零值处理。,思考 练习,2.如何求解戴维南等效电路的电压源US及内阻R0？该定理的物理实质是什么？,分析,戴维南等效电路的恒压源US等于原有源二端网络的开路电压UOC，其计算方法可根据有源二端网络 的实际情况，适当

19、地选用所学的电阻性网络分析的方法及电源等效变换、叠加原理等进行求解。内阻R0等于原有源二端网络除源（令其内部所有恒压源短路、恒流源开路）后的入端电阻，其计算方法除了用无源二端网络的等效变换方法求出其等效电阻，还可以采用以下两种方法进行求解：,1.开路、短路法求解R0,将有源二端网络开路后，求出其开路电压UOC，再将有源二端网络短路，求出其短路电流ISC，开路电压与短路电流的比值即等于戴维南等效电源的内阻R0。,2.外加电源法求解R0,将有源二端网络除源，在得到一个无源二端网络后，在其两端外加一个恒压源US（或恒流源IS），求出恒压源提供的电流I（或恒流源两端的电压U），则恒压源US与电流I的比值（或恒流源端电压U与恒流源IS之比值）即等于戴维南等效电源的内阻R0。,思考 练习,思考 练习,例,电路如图示，求UR。,解,将待求支路断开,(1)求开路电压UOC,UOC=6I1+3I1,I1=9(6+3)=1A,(2)求等效电阻Ro,法一：开路、短路法求Ro,3I1=6I1 I1=0,ISC=9/6=1.5A,R0=UOC/ISC=9/1.5=6,法二：加压求流法求Ro,U=6I1+3I1=9I1,R0=U/I=6I/I=6,戴维南等效电路,应用法二时应注意独立源置零，受控源保留。,思考 练习,本章内容是电路解题的基本方法，应该牢固掌握，仔细体会。,本章内容结束！,