電學基礎理論之戴維寧定理

2020-12-11 小亮談電氣

大學物理學到這裡,這個可是接下來學習的重頭戲,也是比較難的一個定理。

絲毫不遜色於之前學習的迴路電流法和節點電壓法。對於不好理解的電路,更甚之。相信在學校學習過的小夥伴深有體會,淚目。

戴維寧定理,其實就是替代定理的一種特殊使用方法,替代定理是把電路的一部分等效為另一個部件,是一種理念,一種思路,不過戴維寧定理更加具體,有實際的操作方法,就是通過一些方法,把電路轉換為電源和電阻,來達到簡化電路的目的。

戴維寧定理。

一個含有獨立電源、線性電阻和受控源的一埠,對於外電路來說可以用一個電壓源和電阻的串聯來等效。

就是把這一部分電路替代為一個電壓源和電阻串聯的電路。如果你要分析的電路可以分為兩部分,你可以把暫時不需要的那一部分替換為一個電壓源和電阻串聯,這樣是為了保證替換後,電路的電壓電流電阻不變,這樣分析另一部分時,就不用考慮這一部分了,當成一個電壓源和電阻就可以了。

此電壓源電壓等於一埠的開路電壓,記作Uoc。這是一個令人瘋狂的變量。

電阻等於一埠內部全部獨立電源置零後的等效電阻,記作Req,相比於Uoc,Req就沒有那麼喪心病狂了。

註:這裡說的一埠,就是電路對外只有一個可以連接元件的正負接線頭。

求取等效電阻

電路原圖

對於上圖的電路,電路的等效電阻我們一眼看不出來,存在受控源,也一下無法求出參數,於是就有一種用於求取等效電阻的方法,接入電壓源。

電路簡圖

我們假設了一個電壓源,同時又假設了這個電壓源的電流,電流方向和電壓源為非關聯參考方向。

設置完這些,接著我們就可以列出方程了

1,i=u/1;電流等於電壓除以電阻,沒毛病。

首先我們先找出可以列出等式的物理量,電阻有,電壓有,電流是我們設定的值,三個值可以用歐姆定律列為等式。列完先放著。

2,i1=i+3u;流入電流等於流出電流,也沒毛病。

這是一個KCL基爾霍夫電流定律的應用,注意,如果你這是第一次看物理電路分析,那這裡的3u可不是電壓,而是電流,因為3是電導,就是電阻的倒數,電阻的倒數乘以電壓,就是電壓除以電阻,結果是電流。不要看錯

3,兩個式子,三個未知量,所以我們需要第三個方程來救場。

於是我們選擇了一個網孔,來列出KVL方程。選擇這個網孔,是因為這個網孔列式子更加方便,我們在選擇網孔時,不用糾結,任何一個都是可以的,但最好選擇自己好列式子的,不然就是自找麻煩。

-us+u+1*i1=0

我們從電壓源開始寫起,一般都是從左向右寫,電壓源與參考方向相反,所以添加負號,電阻上電壓為u,題上已經給出,右側電阻的電壓為電阻與電流i1的乘積。基爾霍夫電壓定律,迴路的電壓代數和是0,所以結果就是0。

我們聯立以上三式,可以求得us=5i,於是就有Req=us/i=5歐姆。

求等效電壓(開路電壓uoc)

開路電壓

我們可以看到,這個電路的左端是開路的,只有右側一個迴路,所以受控電流源的電流流過電阻,就是得到電壓3u*1=3uV,電流方向與電壓方向是非關聯的,所以電阻下端為正,上端為負,與控制電阻上的電壓u極性相反,所以uoc=3u-u=2u。

不知道你有沒有更好的思路來解決戴維寧電路問題。歡迎留言討論

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