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文檔簡介
第二章電阻電路等效變換40W20W20W2.1
等效變換的概念2.2
無源電阻電路的等效變換2.3
有源電阻電路的等效變換2.4
輸入電阻第二章電阻電路等效變換2.1
電路等效變換的概念1.等效的概念N2aUI10WbN1abUIN2abUI7Wab6WUI6WN1U=10IU=10I現(xiàn)有兩個一端口(或稱二端)電路N1和N2。等效的概念結(jié)論:若兩個一端口N1和N2,不管結(jié)構(gòu)如何,只要對外特性相同,則二者互為等效的一端口電路。注意以下問題:兩個一端口N1和N2,內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以不同;等效是對外電路而言,對內(nèi)不等效!N110VI2ΩUN25AI2ΩUU=10-2IU=10-2I對內(nèi),當外電路開路時,電壓源的電功率為0,而電流源的電功率50W,兩個電源不等效!
2.電路的等效變換b7Ωa6Ω10VI6ΩN1N2a10VI10WbI=1AI=1A
將兩個6W的電阻并聯(lián),再與7W串聯(lián),等于10W電阻,這種變換為等效變換。10W電阻為等效電阻Req。根據(jù)等效的概念,等效電路之間可以互相置換,這種置換的方式為等效變換。N210Wuus
R
R3i1R21’R1R4R5ReqReq外電路例2-1(1)
Req為等效電阻(2)替換前后,不變化部分的電路(外電路)的特性不變,即u
,i關(guān)系不變——對外(特性)等效。(3)等效變換對外電路而言等效,對內(nèi)不等效。內(nèi)電路2.2無源電阻電路的等效變換
u
=
R1i
+R2i
+R3i
+……+Rki
+……+Rni
=(R1+R2+R3+……+Rk+……Rn)i
=Reqi
1’ui1R2R1Rnu1unu2ui11’Req應用KVL:u
=u1+u2+u3
+……+uk
+……+un
通過同一電流電阻的聯(lián)接為串聯(lián).2.2.1電阻的串并聯(lián)
1.電阻的串聯(lián)
結(jié)論:串聯(lián)的每個電阻,其電壓與電阻值成正比?;蛘哒f總電壓根據(jù)各個串聯(lián)電阻的值進行分配。
uk=
Rki
=
u
(k=1,2,3,……,n)RkReq上式為電壓分配公式或分壓公式n個電阻串聯(lián)的等效電阻Req電阻串聯(lián)時,各電阻上的電壓為:例2-2三個電阻串聯(lián),求每個電阻的電壓和功率。
串聯(lián)電阻的分壓比為
aR1+-R2U3bI+-UR3U2+-+-U1a+-ReqUbI
若總電壓U為已知,在串聯(lián)電路中,各電阻上的電壓可由下式求出解Req=R1+R2+R3(1)等效電阻ReqPPPP321++=IUIUIUIU321++=各電阻消耗的功率可以寫成如下形式:故有結(jié)論:串聯(lián)電阻電路中,每個電阻電壓比等于電阻值之比;每個電阻消耗的功率等于電阻值之比。(2)串聯(lián)電阻的功率分配關(guān)系2.電阻的并聯(lián)+u_i11’Geq
i=G1u+G2u+G3u+……+Gku+……+Gnu
=(G1+G2+G3+……+Gk+……Gn)u
=Gequ
+u_i1(R2)1’G1(Rn)G2Gni1i2in(R1)應用KCL:i=i1+i2+i3+……+ik+……+in
施加同一電壓電阻的聯(lián)接其中
并聯(lián)電阻的分流作用
ik=Gku
=i
(k=1,2,3,……,n)GkGeq——電流分配公式或分流公式
在電路分析中,常常遇到兩個電阻并聯(lián)的情況,即當n
=
2時,兩個電阻并聯(lián),其等效電阻為結(jié)論:并聯(lián)的每個電阻中的電流與它們各自的電導值成正比。或總電流根據(jù)各個并聯(lián)電阻的電導值進行分配。并聯(lián)電阻電路有分流作用。電阻并聯(lián)時,各電阻上的電流為:
i1=i=iG1GeqR2R1+R2
i2=i=iG2GeqR1R1+R2abi+-uReq(Geq)abi+-ui2R1i1R2(G2)(G1)兩個電阻并聯(lián)各電阻的分流為三個電阻的并聯(lián)1111RRRR321++=GGGG321++=在并聯(lián)電路中,若總電流I為已知,各電導支路的電流由下式求出:abI+-uR(G)abI+-uI2R1I1R2i3R3(G1)(G2)(G3)或(1)
等效并聯(lián)電阻及分流關(guān)系(2)并聯(lián)電阻的功率分配關(guān)系各電導所消耗的功率可以寫成如下形式:
各并聯(lián)電導所消耗的功率與該電導的大小成正比,即與電阻成反比。三個電阻的并聯(lián)的電流比
G1==0.025mS,G2==0.1mS,G3==0.04mS
1R11R21R3解:按電流分配公式:
I1=Is=×16.5mA=2.5mAG1G1+G2+G30.0250.025+0.1+0.04
I2=Is=×16.5mA=10mAG2G1+G2+G30.10.025+0.1+0.04
I3=
Is=×16.5mA=4mAG1G1+G2+G30.040.025+0.1+0.04并聯(lián),總電流為Is=16.5mA,求各分電流I1、I2和I3。例2-3已知R1=40k,R2=10k,R3=25k,三個電阻3.電阻的混聯(lián)
Req=R1+R2(R3+R4)R2+R3+R4例2-4求如圖電路的等效電阻,已知R1=100,
R2=60,R3=10,R4=20。1R11’R4R2R3解:既有串聯(lián),又有并聯(lián)電阻的電路為混聯(lián)。R1R2abR7R5R4R6R3R34與R6串聯(lián),其等效電阻為解:
R1和R2并聯(lián)等效電阻為R3和R4并聯(lián),其等效電阻為R34=1
R346=1+1=2R346//R5,R3465=1,R3465與R12串聯(lián),R346512=5
R346512//R7得ab端等效電阻Rab=2.5
。例2-5圖示電路,R1=12
,R2=6
,R6=1
,R7=5
,
R3=R4=R5=2
,求ab端等效電阻。2.2.2
電阻的Y形聯(lián)接和△形聯(lián)接的等效變換i1i2i3123R1R2R3-
u23
+u12u31R12R23R31231U23’u31’u12’i2’i3’i1’R1、R2、R5?YR1、R3、R5?△Y形聯(lián)接△形聯(lián)接bR1R2R5adcR3R4R6Usi1i2i3123R1R2R3-
u23
+u12u31i2’R12R23R31231U23’u31’u12’i3’i1’ac兩端的等效電阻RacY形聯(lián)接△形聯(lián)接bR1R2R5adcR3R4R6UsIR8R7R9Y、△聯(lián)接的例子bR1R2R5Y—△等效的條件:△連接電路:i12=u’12R12,i23=u’23R23,i31
=u’31R31根據(jù)KCL:i1’=u’12R12u’31R31-(2-5)i2’=u’23R23u’12R12-i3’=u’31R31u’23R23-i2’R12R23R31231U23’u31’u12’i3’i1’1.具有相同的電壓u12=u’12
、u23=u’23
、u31=u’31
2.流入對應端子的電流分別相等,即i1=i1’,i2=i2’,i3=i3’Y連接電路:i1+i2+i3=0得出:R1R3R2i2i3123i1R1
i1-R2
i2=u12R2
i2–R3
i3=u23i1=R3
u12R1R2+R2R3+R3R1-R2
u31R1R2+R2R3+R3R1(2-6)i2=R1
u23R1R2+R2R3+R3R1-R3
u12R1R2+R2R3+R3R1i3=R2
u31R1R2+R2R3+R3R1-R1
u23R1R2+R2R3+R3R1i1’=u12R12u31R31-i2’=u23R23u12R12-i3’=u31R31u23R23-R12=R1R2+R2R3+R3R1R3(2-7)R23=R1R2+R2R3+R3R1R1R31=R1R2+R2R3+R3R1R2R2
u31R1R2+R2R3+R3R1i1=-i2=R1
u23R1R2+R2R3
+R3R1-R3
u12R1R2+R2R3+R3R1i3=R2
u31R1R2+R2R3
+R3R1-R1
u23R1R2+R2R3+R3R1R3
u12R1R2+R2R3
+R3R1觀察△和Y連接的電流:△Y:(2-8)R1=R12R31R12+R23+R31R2=R12R23R12+R23+R31R3=R31R23R12+R23+R31(2-7)R12
=R1R2+R2R3+R3R1R3R23
=R1R2+R2R3+R3R1R1R31
=R1R2+R2R3+R3R1R2=R1R2
R3R1+R1+=R2R3R1R2+R3+=R3R1R2R1+R3+Y△:電阻Y形聯(lián)接和△形聯(lián)接的等效變換結(jié)論:Y形電阻=△形相鄰電阻的乘積△形電阻之和△形電阻=Y形電阻兩兩乘積之和Y形不相鄰電阻若R1=R2=R3=RY
,則R△
=R12=R23=R31=3RY
或RY=R
△
13=Y形相鄰電導的乘積Y形電導之和R121①②③④
⑤
22211R121①②③④
⑤
0.40.4210.8R2R4R3例2-6
求橋形電路的總電阻R12abRRabReqabReq=5R/6例2-7(a)利用電路的對稱性,簡化電路。例2-7(b)已知電橋平衡,求電流。電橋平衡滿足R1R2=R3R4IR1R2R3R4R5UsabI1a、b為等電位點,R1與R4、R2與R3并聯(lián),再串聯(lián)。I1=0,a、b兩點斷開,R1與R3、R2與R4串聯(lián),再并聯(lián)。
在計算等效電阻時,還會遇到電路有等電位點,或某條支路沒有電流的情況,這時,等電位電間可以用短路線連接,沒電流的支路可視為開路,處理后,可以簡化電路。
可根據(jù)電路的對稱性,找等電位。由上述分析可以看出:2.3有源電路的等效變換注意:1.電壓源串聯(lián)的方向。等效電壓源的電壓值為各個電壓源的代數(shù)和。
2.電壓源不能并聯(lián),只有電壓相等,極性一致的電壓源才允許并聯(lián)。否則違背KVL。
nk=1u=us1+
us2+…+
usn=
usk2.3.1電壓源、電流源的串聯(lián)和并聯(lián)等效電壓源us112+
-us2usn+
-+
-u12us+
-u1.電壓源的串聯(lián)和并聯(lián)根據(jù)KVL,電壓源串聯(lián)后電壓為2.電流源的串聯(lián)和并聯(lián)根據(jù)KCL有電流源的方向。等效電流源的電流值等于各個電流源電流的代數(shù)和。2.電流源一般不能串聯(lián)。只有電流相等且方向一致的電流源才允許串聯(lián),否則違背KCL。nk=1i=
is1+
is2+…+
isn=
iskis12i等效電流源nk=1is=
isk等效電流源的電流為注意:is112is2isni3.電流源與電壓源(或電阻)串聯(lián)與電流源串聯(lián)的電壓源、電阻或一端口,對外電路而言,均為多余的元件。它們的等效電路為一電流源,其值為原電路中的電流源電流值。iis12usuis12ui1iis2Ruis一端口i2u1結(jié)論:4.電壓源與電流源或電阻并聯(lián)與電壓源并聯(lián)的電流源、電阻或一端口,對外電路而言,均為多余的元件。它們的等效電路為一電壓源,其值為原電路中的電壓源電壓值。i12usuisusi12uR一端口12uius12ui結(jié)論:2.3.2
實際電源的兩種模型及其等效變換實際電源uRiu0i實際電源的伏安特性方程u=f(i)
干電池穩(wěn)壓源實際電源實際電源的伏安特性u=us-RiUsUsRRiu0iiRusu11’isi11’uR’u=isR’-R’i2.電流源與電阻并聯(lián)組合(有伴電流源)的VCR
isR’isR’iu0i1.電壓源與電阻串聯(lián)組合(有伴電壓源)的VCR
實際電源有兩種模型u=us-Ri
兩種模型的特性曲線相同,二者對外電路等效。
兩種模型的特性方程對應相等,即u=R’is–R’i兩種模型等效變換條件為小結(jié):1.實際電源的兩種模型(有伴電源)的可以等效變換。要注意電源的方向。2.電壓源和電流源(無伴電源)不能等效變換。3.等效是對外電路而言,對內(nèi)電路不等效。3.實際電源的兩種模型的等效變換條件R’=R和
us=Ris當u=0時,短路電流isc=is,電流源發(fā)出的功率P=0。開路時,電流源發(fā)出的功率
=
is2R’
isi11’uR’iRusu11’當u=0時,短路電流isc=us/R,電壓源發(fā)出的功率P=(us/R)2R=us2/R。開路時,電壓源發(fā)出的功率
=
0。由此可知,對內(nèi)是不等效的。有伴電源的功率i2W10Vu11’5Ai11’u2Wi3W15Vu11’5Ai11’u3W例2-8
簡化電路(1)(2)i3W15Vu11’6W5Ai11’u6W3W5Ai11’u3W2W12V5Ai11’u2Wi3W15Vu11’2W12Vi5W27Vu11’(3)(4)i722A26A23A6V2i76A22A29A17i2A29V14V27i5V37ii=0.5A例2-9求電路中的電流
i2.3.3受控源串并聯(lián)及等效變換按KVL有
Ri+Ri
+uc
=us
2uR
+4
uR
=us
uR
=
=2Vus6例2-9求如圖電路的電壓uR受控源串、并聯(lián)及等效變換方法與獨立電源等效變換方法相同,但要注意,不要把控制量變換掉。Ri
uRRusuc
uc=R?2uR=2?2uR
=4uRusR2uRR
uRi12V22i110i15i2i110i15i2i5i22i2.5i1例2-10簡化含受控源電路u如果一個網(wǎng)絡(luò)具有兩個引出端子與外電路相聯(lián)而不管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何復雜,這樣的網(wǎng)絡(luò)叫做一端口網(wǎng)絡(luò)或二端網(wǎng)絡(luò)或單口網(wǎng)絡(luò)。2.4輸入電阻的計算無源一端口的輸入電阻Rin定義為:無源一端口網(wǎng)絡(luò):線性二端電阻和線性受控源構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)(不含獨立源)。
輸入電阻是不含獨立電源的一口網(wǎng)絡(luò)的端電壓與端電流之比值,等效電阻則是用來等效替代一端口的電阻。僅含電阻的單口網(wǎng)絡(luò)等效為一個線性二端電阻:應用電阻的串、并聯(lián)和Y-△變換求解。i+_uReq
對于含受控源的無源一端口電路,就端口特性而言,也等效為一個線性二端電阻,其等效電阻值常用外加獨立電源計算一端口VCR方程的方法求得。稱為外加電源法(也稱電壓電流法)。外加電源法:在端口間加以電壓源us,求端口電流i?;蛟诙丝陂g加以電壓源is,求端口電壓u。uSiNiSuN解:通常有兩種求入端電阻的方法①加壓求流法②加流求壓法下面用加流求壓法求RabRab=U/I=(1-b)R當b<1,Rab>0,正電阻正電阻負電阻uiU=(I-bI)R=(1-b)IR當b>1,Rab<0,負電阻例2-11求a,b兩端的入端電阻Rab
(b≠1)IbIRabU解:加電壓源壓求電流法由KVL及KCL得故所求輸入電阻例2-12求圖示
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