傻傻分不清电路？专业电气学姐为你全方面解读（十五）

肖菲发布于2020-03-11 09:45 290 2 标签：电工基础

对于《电工基础》，如果能持续学习的，我想到目前为止也必定是累积了不少的知识，特别是电路分析的相关知识，例如支路电流法、网孔电流法、节点电压法和叠加定理等，这些也是课程的难点所在，想要熟练掌握就离不开练习。

不管是什么方法，万变不离其宗，其实它们都是在遵循基尔霍夫定律的基础上演变推理得来的。甚至你们有自己的一套电路分析方法，也不妨让大家相互学习一下。

我们上次学习的是叠加原理、即叠加定理的相关知识，简而言之就是对电路中的各个独立电源进行分开处理，然后再对各个分电路进行电压、电流的叠加。而这次我们接着学习的是戴维南定理，说白了就是电路的等效变换。

提到电路的等效变换，大家会不会联想起什么呢？其实我们在之前就已经学过电路变换的相关知识，那就是电压源与电流源的等效变换及星形-三角形连接电阻的等效变换，显然，现在又多了一个戴维南定理。那么，我们开始进入这次的学习分享吧。

在学习戴维南定理之前，我们先来学习一个新的概念：二端网络。

图15-1

二端网络就是具有两个出线端的部分电路，如图15-1所示的闭合面部分，a、b为两个出线端，即a-b端口，包括无源二端网络和有源二端网络。在曹老师的课程内容中，无源二端网络是二端网络中没有电源；有源二端网络是二端网络中含有电源。

在这里我要对曹老师的课程内容进行补充说明一下，所谓电源其实指的是独立电源，独立电源是区别于下次要学的受控电源。理想情况下，独立电源两端的电压或电流是恒定的，如干电池、发电机等；而受控源两端的电压或电流是可变的，如模拟电路中的放大电路等。另外，二端网络也叫一端口网络，所以无源二端网络也可以称为无源一端口网络，有源二端网络也可以称为含源一端口网络。如下图15-2所示，一端口网络只有一个端口a-b，以供与外电路连接，而二端口网络有两个端口1-1’和a-b，四个接线端。

图15-2

对于无源二端网络（仅含线性电阻），根据线性电路的性质，我们可以通过利用电阻的串并联和星形-三角形连接的等效变换简化为一个电阻，即等效电阻。对于一个既含线性电阻又含独立电源的有源二端网络，又该如何化简呢？或者说它的等效电路是什么？戴维南定理和诺顿定理可以回答这个问题。

戴维南定理，又称戴维宁定理，它表示：任何一个有源二端线性网络，都可以用一个理想电压源和电阻串联的组合来等效代替。

诺顿定理：任何一个有源二端线性网络，都可以用一个理想电流源和电阻并联的组合来等效代替。

基于戴维南定理和诺顿定理在电路分析中的解决方法大同小异，曹老师仅对戴维南定理进行展开讲解，所以诺顿定理我也就不作详解，大家感兴趣的可以私下自行学习。

图15-3

图15-3示出无源二端网络和有源二端网络的化简。我们可以看到，有源二端网络和无源二端网络所化简的电路，区别也是在于是否含有电源。根据戴维南定理可以把有源二端网络化简为带内阻的电压源，诺顿定理可以把有源二端网络化简为带内阻的电流源。我们以一个例子来推理一下有源二端网络的等效替换过程，如下图15-4所示。

图15-4

从等效的简化电路与原来的一端口必须具有相同的端口外特性出发，图15-4中原电路是一个含源一端口，为了求其端口的伏安特性，可以设想在端口a-o处加一个电压源U，然后求解端口电流I，从而得出U和I的函数关系。利用节点电压法列出节点电压方程求解，如图15-4所示，化简出来的结果用含源支路表示，左边的称为戴维南等效电路，右边的称为诺顿等效电路。

这里的“等效”是指对端口外等效，其内部不等效。例如图15-4中的原电路和戴维南等效电路对比，原电路内部的部分电阻中是有电流流过的，即内部电路有功率的消耗，而戴维南等效电路显然不存在功率的消耗。

根据戴维南定理，其等效电路中，电压源的电压等于有源二端网络的开端电压，即出线端开路时网络在端口上的电压；等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻，即把网络内部全部电源置零后的输入电阻。图15-5示出了其变换电路的处理。