戴維南定理(Thevenin‘s theorem):含獨(dú)立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N,就端口特性而言,可以等效為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)。電壓源的電壓等于單口網(wǎng)絡(luò)在負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓uoc;電阻R0是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨(dú)立電源為零值時(shí)所得單口網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。
戴維南定理可以在單口外加電流源i,用疊加定理計(jì)算端口電壓表達(dá)式的方法證明如下。在單口網(wǎng)絡(luò)端口上外加電流源i,根據(jù)疊加定理,端口電壓可以分為兩部分組成。一部分由電流源單獨(dú)作用(單口內(nèi)全部獨(dú)立電源置零)產(chǎn)生的電壓u’=Roi,另一部分是外加電流源置零(i=0),即單口網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路時(shí),由單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部全部獨(dú)立電源共同作用產(chǎn)生的電壓u”=uoc。由此得到:U=u’+u”=Roi + uoc
戴維南等效電路受控源分析
戴維南定理指出,等效二端網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)勢(shì)E等于二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路時(shí)的電壓,它的串聯(lián)內(nèi)阻抗等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各獨(dú)立源和電容電壓、電感電流都為零時(shí),從這二端看向網(wǎng)絡(luò)的阻抗Zi。設(shè)二端網(wǎng)絡(luò)N中含有獨(dú)立電源和線性時(shí)不變二端元件(電阻器、電感器、電容器),這些元件之間可以有耦合,即可以有受控源及互感耦合;網(wǎng)絡(luò)N的兩端ɑ、b接有負(fù)載阻抗Z(s),但負(fù)載與網(wǎng)絡(luò)N
圖2內(nèi)部諸元件之間沒(méi)有耦合,U(s)=I(s)/Z(s)(圖1)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò) N中所有獨(dú)立電源都不工作(例如將獨(dú)立電壓源用短路代替,獨(dú)立電流源用開(kāi)路代替),所有電容電壓和電感電流的初始值都為零的時(shí)候,可把這二端網(wǎng)絡(luò)記作N0。這樣,負(fù)載阻抗Z(s)中的電流I(s)一般就可以按下式1計(jì)算(圖2)
式1式中E(s)是圖1二端網(wǎng)絡(luò)N的開(kāi)路電壓,亦即Z(s)是無(wú)窮大時(shí)的電壓U(s);Zi(s)是二端網(wǎng)絡(luò)N0呈現(xiàn)的阻抗;s是由單邊拉普拉斯變換引進(jìn)的復(fù)變量。和戴維南定理類(lèi)似,有諾頓定理或亥姆霍茲-諾頓定理。按照這一定理,任何含源線性時(shí)不變二端網(wǎng)絡(luò)均可等效為二端電流源,它的電流J等于在網(wǎng)絡(luò)二端短路線中流過(guò)的電流,并聯(lián)內(nèi)阻抗同樣等于看向網(wǎng)絡(luò)的阻抗。這樣,圖1中的電流I(s)一般可按下式2計(jì)算(圖3)
式2式中J(s)是圖1二端網(wǎng)絡(luò)N的短路電流,亦即Z(s)等于零時(shí)的電流I(s);Zi(s)及s的意義同前。圖2、圖3虛線方框中的二端網(wǎng)絡(luò),常分別稱(chēng)作二端網(wǎng)絡(luò)N的戴維南等效電路和諾頓等效電路。
圖3在正弦交流穩(wěn)態(tài)條件下,戴維南定理和諾頓定理可表述為:當(dāng)二端網(wǎng)絡(luò)N接復(fù)阻抗Z時(shí),Z中的電流相量I一般可按以下式3計(jì)算
式3式中E、J分別是N的開(kāi)路電壓相量和短路電流相量;Zi是N0呈現(xiàn)的復(fù)阻抗;N0是獨(dú)立電源不工作時(shí)的二端網(wǎng)絡(luò)N。這個(gè)定理可推廣到含有線性時(shí)變?cè)亩司W(wǎng)絡(luò)。