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Thevenin和Norton等效电路

奥古斯都皇帝雕像在破损的石墙前

拉丁短语“primus inter pares”大致翻译为“平等中的第一”。虽然在平等的人中间站在第一位似乎是矛盾的,但奥古斯都皇帝用这个短语将自己与朱利叶斯·凯撒的独裁野心区分开来——凯撒希望每个人都承认他是罗马第一人或元首。毕竟,这位参议员对朱利叶斯·凯撒和罗马其他有影响力的人的反对导致了他的谋杀。

在更现代的背景下,“伙伴间的首要地位”的概念在许多国家的总理等官员的职责中变得更加明显,这些官员的地位更高、权力更大,但仍然与同龄人平等。

Thevenin和Norton知道《国际巴黎的骁将》

如果我们考虑基尔霍夫定律,欧姆定律,以及叠加定理,我们离求解线性电路越来越近了。这些基本理论和定律告诉我们,我们可以指定电路中的所有源,然后使用线性方程来找到电路中的任何电压或电流的值。

当然,格奥尔格·西蒙·欧姆、古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫、赫尔曼·冯·亥姆霍兹和埃米尔·杜·波依斯·雷蒙德在电子理论名人堂中都有自己的一席之地。我们对线性电路理论的探索将我们推向等效电路和另外两个电子理论的巨人。Leon Charles Thevenin告诉我们:

任何含有电压源或电流源的两端网络都可以被一个等效电路所取代等于原电路开路电压的电压用串联电阻测回原电路。

让我们思考一下。等效电路表明复杂电路可能存在简单的功能形式。两个物理上不同的电路具有相同的电特性。

Thevenin的理论关注的是电压源,而Edward Norton则走了一条略有不同的道路,他关注的是电流源。因此,这两种理论相辅相成。诺顿告诉我们:

任何含有电压源或电流源的两端网络都可以被一个等效电路所取代,该等效电路由一个电流源组成,该电流源等于从原网络产生的短路电流与测量回原电路的电阻并联而成。

通过图一所示的简单电路图,我们可以看到这两种理论是如何相辅相成的。

图一——寻找等效电路

一对Thevenin和Norton的定理电路

特维宁定理诺顿定理

当你看戴维宁定理,在开路条件或EOC下测量的输出电压为Thevenin电压。图1B所示的电路表示图1A所示的两端网络的电等效。Thevenin定理将网络的一个分支视为负载,而网络的其余部分则作为提供负载的两个终端网络。我们通过回顾网络来计算Thevenin电阻或RTH。移除这些源头可以让内部阻力继续存在。

现在,让我们比较诺顿定理的网络和等效电路。记住,我们考虑的是电流源而不是电压源。图1D所示的电路是图1C所示的两端网络的电气等效物。在这种情况下,诺顿电流或IN等于短路条件下的电流或ISC。这里有一个有趣的转折。获得的平行电阻为诺顿电阻或RN等于Thevenin电阻或RTH。应用诺顿定理与应用德维宁定理的方法相同,只有一个例外。从网络的两个终端上移除负载会导致终端短路并产生ISC。

无论我们使用的是Thevenin还是Norton等效网络,我们总是确定Thevenin电阻,因为该电阻等于Norton电阻。如果我们决定使用Thevenin当量,我们可以求解Thevenin电压。还是……我们可以先确定诺顿电流,然后再确定特维宁电压。

双边协议适用于Thevenin和Norton等效电路

我们只能将Thevenin定理和Norton定理应用于线性双边网络。线性网络包含电容、电阻和电感即使电压变化也保持不变。电压和电流之间是一条直线关系。双边网络保持相同的特征,无论电流通过网络的各个元素的方向如何。当我们将两种类型的网络组合成线性双边网络时,我们有一个线性关系的组件,而电流的大小仍然独立于电压的极性。

到目前为止,在应用这两个定理时,我们只处理过直流电路。然而,Thevenin定理和Norton定理都允许我们简化AC网络。而不是回头寻找Thevenin电阻,我们寻找内部阻抗或Thevenin阻抗。

任何含有电压源或电流源的两端网络都可以被等效电路所取代,该等效电路的电压等于原电路的开路电压,并将测量到的阻抗反馈回原电路。

电子系统内的交流变压器

确保适当的交流网络Thevenin等效电路将为您的设计增加安全性。

任何包含电压源和/或电流源的两端网络都可以被等效电路所取代,该等效电路由一个电流源组成,该电流源等于从原网络产生的短路电流与测量回原电路的阻抗并联。

当我们试图分析电路时,我们寻找求解电路的最快方法。Thevenin定理使我们能够分析负载变化的功率电路。将Thevenin定理应用到功率电路中,计算通过负载的电压和电流。由于诺顿定理的互补性,我们可以通过将电路减小到等效值来计算负载电压、负载电流和负载功率。所有这些都允许我们选择一个负载电阻,将最大功率传输到负载。

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