电路中的叠加定理指出,两点之间的电压或通过两点的电流是由于每个源而引起的电压(或电流)的代数和。每个人将独立行动。
该定理允许我们分析包含多个独立源的线性电路,因为仅需要分别计算每个独立源的贡献即可。
线性相关性对于定理的应用起决定性作用。线性电路是其响应与输入成正比的电路。
例如,应用于电阻的欧姆定律表明V = iR,其中V是电压,R是电阻,而i是电流。这就是电阻中电压和电流的线性关系。
在线性电路中,应考虑以下因素应用叠加原理:
-必须单独考虑每个独立的电压源,为此必须关闭所有其他电压源。将所有未分析的电压置于0 V或用短路方案替换它们就足够了。
-如果电源是电流,则必须断开电路。
-考虑电流和电压源的内部电阻时,它们必须保持在原位,构成电路其余部分的一部分。
-如果存在从属源,则它们必须保持原样出现在电路中。
应用领域
叠加定理用于获得更简单,更容易处理的电路。但应始终牢记,如开头所述,它仅适用于线性响应的对象。
因此,它不能直接用于计算功率,例如,由于功率与电流的关系如下:
由于电流是平方的,因此响应不是线性的。也不适用于涉及变压器的磁路。
另一方面,叠加定理为了解每个信号源对电路的影响提供了机会。当然,通过其应用,可以完全解决该问题,即了解每个电阻的电流和电压。
叠加定理也可以与其他电路定理(例如Thévenin定理)结合使用,以解决更复杂的配置。
在交流电路中,该定理也是有用的。在这种情况下,只要可以独立计算每个频率的总响应,我们将使用阻抗而不是电阻。
最后,在电子系统中,该定理分别适用于直流和交流分析。
应用叠加定理的步骤
-按照开头给出的说明停用所有独立来源,但要分析的来源除外。
-确定由单个电源产生的输出(电压或电流)。
-对所有其他来源重复上述两个步骤。
-计算前面步骤中找到的所有贡献的代数和。
解决的练习
以下工作示例阐明了该定理在某些简单电路中的使用。
-范例1
在下图所示的电路中,使用叠加定理求出通过每个电阻器的电流。
解
电压源贡献
首先,消除了电流源,这使得电路如下所示:
通过将每个电阻的值相加,可以找到等效电阻,因为它们都是串联的:
应用欧姆定律V = IR并求解电流:
所有电阻的电流相同。
当前来源的贡献
立即消除了电压源,仅与电流源一起工作。结果电路如下所示:
右侧网格中的电阻是串联的,可以用一个电阻代替:
600 +400 + 1500Ω= 2500Ω
生成的电路如下所示:
在图中的两个电阻之间分配了2 mA = 0.002 A的电流,因此分压器的方程式有效:
其中,I x是电阻R x中的电流,R eq表示等效电阻,而I T是总电流。必须知道两者之间的等效电阻:
从而:
对于另一个电路,通过在分压器方程式中替换值来找到流经7500Ω电阻器的电流:
通过2500电阻的电阻为:
叠加定理的应用
现在将叠加定理应用于每个电阻,从400Ω开始:
I 400电阻 = 1.5 mA-0.7 mA = 0.8 mA
重要说明:对于该电阻,从电流的相反方向流通时会减去它们的电流,从仔细观察这些图可以看出,在这些图中,电流的方向具有不同的颜色。
由于它们都是串联的,所以相同的电流均等地流过1500Ω和600Ω电阻器。
然后应用该定理找出通过7500Ω电阻的电流:
我7500Ω = 0.7 mA + 0.5 mA = 1.2 mA
重要说明:对于7500Ω电阻器,请注意,电流会相加,因为在两个电路中,当通过该电阻器时,它们沿相同的方向循环。同样,必须仔细观察电流方向。
-练习2
使用叠加定理求出12Ω电阻两端的电流和电压。
解
源E 1替换为短路:
按照以下方式绘制结果电路,以轻松可视化并联电阻:
现在可以通过应用串联和并联来解决:
该电阻又与2Ω串联,因此总电阻为5Ω。总电流为:
该流分为:
因此电压为:
现在,源E 1已激活:
生成的电路可以这样绘制:
与4Ω串联时,等效电阻为40/7Ω。在这种情况下,总电流为:
分压器将再次应用以下值:
产生的电流为:0.5-0.4 A = 0.1A。请注意,已将它们减去,因为来自每个电源的电流具有不同的含义,如在原始电路中可以看到的那样。
电阻两端的电压为:
最后,总电压为:6V-4.8V = 1.2V
参考文献
- 亚历山大(Alexander C。),2006年。《电路基础》。第三名 版。Mc Graw Hill。
- Boylestad,R.,2011年。《电路分析导论》。2号 版。皮尔森
- Dorf,R.2006。《电路导论》。7号 版。约翰·威利父子。
- Edminister,J.,1996。电路。绍姆系列。第三名 版。麦格劳希尔
- 维基百科。分流器。摘自:es.wikipedia.org。