一、疊加定理
疊加定理在線性電路的分析中起著重要的作用,它是分析線性電路的基礎(chǔ)。線性電路中很多定理都與疊加定理有關(guān)。
疊加定理(superposition principle):在線性電阻電路中,任一支路電流(或支路電壓)都是電路中各個獨立電源單獨作用時,在該支路產(chǎn)生的電流(或電壓)的疊加。
如圖電路,計算u2 、i1 。
參考節(jié)點如圖所示,對節(jié)點①列節(jié)點電壓方程得:
每一部分的響應(yīng)(response)均與對應(yīng)的激勵(excitation) 成線性關(guān)系。
令電壓源和電流源單獨作用,將各個激勵下的響應(yīng)疊加:
當(dāng)一個電源單獨作用時,其余電源不作用,就意味著取零值。即對電壓源看作短路,而對電流源看作開路。即如下圖:
通過回路電流法可得:線性電阻電路中任意支路的電壓等于各電源(電壓源、電流源)在此支路產(chǎn)生的電壓的代數(shù)和。
支路電流是回路電流的線性組合,支路電流滿足疊加定理。
同樣可以證明:線性電阻電路中任意支路的電壓等于各電源(電壓源、電流源)在此支路產(chǎn)生的電壓的代數(shù)和。
應(yīng)用疊加定理要注意的問題
(1) 疊加定理只適用于線性電路(電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變)。
(2)疊加時只將獨立電源分別考慮,電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)(負(fù)載和受控源)不變。
暫時不予考慮的恒壓源應(yīng)予以短路,即令us=0;
暫時不予考慮的恒流源應(yīng)予以開路,即令 is=0。
(3)分電路中各支路電流、電壓的參考方向要與原電路中的一致。原電路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電流的代數(shù)和。
(4) 疊加原理只能用于電壓或電流的計算,不能用來求功率。如:
(5) 運用疊加定理時也可以把電源分組求解,每個分電路的電源個數(shù)可能不止一個。
例4. 利用疊加定理求電流i、電壓u和2ω電阻上消耗的功率。
二、齊次定理
1.定義
線性電路中,所有激勵(獨立源)都增大(或減?。┩瑯拥谋稊?shù),則電路中響應(yīng)(電壓或電流)也增大(或減?。┩瑯拥谋稊?shù)。
當(dāng)電路中只有一個激勵(獨立源)時,則響應(yīng)(電壓或電流)與激勵成正比。
齊次定理只適用于線性電路,它描述了線性電路的比例特性。
例如:
顯而易見:
若us增加 n 倍,各電流也會增加 n 倍。
2.應(yīng)用:用齊次定理分析梯形電路特別有效
例5. 已知:rl= 2ω,r1= 1ω,r2= 1ω,us= 51v。
求電流 i 。
解:方法1:分壓、分流。
方法2:電源變換。
方法3:用齊性原理(單位電流法)。
本例計算是先從梯形電路最遠離電源的一段開始,倒退至激勵處。這種計算方法稱為“倒推法”。
3.可加性 (additivity property)分析
線性電路中,所有激勵都增大(或減?。┩瑯拥谋稊?shù),則電路中響應(yīng)也增大(或減?。┩瑯拥谋稊?shù)。
例9. 如圖電路,ns為有源網(wǎng)路,當(dāng)us= 4v時,i3= 4a;當(dāng)us= 6v時,i3= 5a;求當(dāng)us= 2v時,i3為多少?
解:由疊加定理和線性定理,i3可表示為