用叠加定理求图中电压u电流,求详细过程

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以图示电流方向为参考方向:
先按电流源计算,则短接电压源,所以I=3A;
再以电压源计算,则电流源断开,所以I=5A.
所以叠加定理得,I=8A

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网上查找了不少相关内容,但总是有点混乱的感觉,因此尝试自己整理相关方法,并记录在知乎上。

以下只讨论线性单口网络的含源情况:

步骤一、将网络N中所有独立源置零值(“独立电压源”短路 ,“独立电流源”开路)

步骤二、网络N只存在电阻元件,即可电阻电路的等效变换。(记住Y-Δ变换,惠斯通电桥,常见的几种电阻电路图及变换)

步骤:1、将电压源或电流源进行统一成同一类型独立电源,适当计算即可求开路电压Uoc;

2、或是使用叠加定理,求得分电路的开路电压,再相加和得Uoc

附:独立电压源并联电阻或并联电流源都等效为独立电压源(除受控电压源),可记忆为独立电压源电阻为零

独立电流源串联电阻或串联电压源都等效为独立电流源(除受控电流源),可记忆为独立电流源电阻无穷大

为加深理解与记忆,举一例子,可结合书本题目进行思考,本文所找例子不够简洁明了,下同

例:求ab端左侧的等效电路的等效电阻Req与开路电压Uoc

注:本文章图片皆来源于网络,侵删

独立电源置零,得Req=2.5欧姆;使用叠加定理,得Uoc=6伏特


2、含“受控源”和“独立源”时

原电路不变,将原二端网络端口开路,求出开路电压Uoc;将原二端网络的两个端钮 a、b短接,求出Iab电流大小。最后通过端口的开路电压Uoc和短路电流Iab之比得出Req的值。Req=Uoc/Iab

例:求该电路图ab端左侧的等效电阻Req与开路电压Uoc(图1、图2已用开路短路法表示)

图1因ab端开路,i1为零,故3i1=0,先将6欧姆与3欧姆电阻等效变换,再用回路电流法(也可节点电流法等)得出U1=5/3v,u=-3v

图2因ab端短路,电路图右侧3欧姆的电阻可去除,先将受控电压源与6、3欧姆进行变换得2欧姆电阻与电压为i1的受控电压源串联,再用KVL,KCL等方法得出i1=isc=-2A

原电路改变,将原电路中的独立电源置零(独立电压源短路 ,独立电流源开路,受控源保留),在端口a、b连接上电源(可电压源也可电流源),得出端口电压Uab和端口电流Iab,最后通过端口电压Uab与端口电流Iab之比得出Req的值。Req=Uab/Iab

例:求该电路图ab端左侧的等效电阻Req(图1已用外加电源法表示)

先将受控电压源与6、3欧姆进行变换得2欧姆电阻与电压为i1的受控电压源串联,再进行KVL,KCL等方法,可得i1与u的关系式,u=1.5*i1,可得Req=1.5欧姆

开路短路法不用把内部电源置零,所求得的 u和 i是一个表达式,从中可以直接得到开路电压 Uoc 和等效电阻 Req。外加电源法把内部独立电源置零 (受控源保留), 求出端口的 u /i是一个常数, 即为 Req

当受控源是受控电压源,同时控制量是该受控源所在支路的电流或可以用该支路电流来表示时;或者当受控源是受控电流源 , 同时控制量是该受控源两端的电压或可以用该电压来表示时,此时受控源表现为电阻性,可以将受控源等效为一电阻 , 该电阻的阻值为受控源的端电压与其电流的比值。(注意:在对含受控源电路的分析过程中,受控源的控制量所在支路必须保留,不允许有任何改变

上方为原电路图,下方为变换后电路图

在此电路图中,受控源等效为一个负500欧姆的电阻,R=-500i/i=500欧姆

原电路不变,在端口加电流源(或者电压源 ),端口的电压为u, 得出二端网络端口的伏安关系, 其表达式为 u =i*Req+Uoc ,可同时得到开路电压Uoc和等效电阻Req的值。(附:遇到网络N比较复杂时,开路短路法比外施激励法更简洁易求解)

例:求该电路图ab端左侧的等效电阻Req与开路电压Uoc(图1已用外加激励法表示)

i=-i1,先将可等效变换的进行变换,将受控电压源与6、3欧姆进行变换得2欧姆电阻与电压为i(左负右正)的受控电压源串联,进行KVL,KCL等方法(本题可使用广义节点的KCL),可得u=-3+1.5*i,即得出Uoc=-3v,Req=1.5欧姆

注意外加电源法和一步法的区别,一个需要独立源置零,一个不需要置零;一个只能求得等效电阻Req,一个能同时求得等效电压Uoc和等效电阻Req

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