一道可以用等效、网孔、支路、结点、戴维南、诺顿这七种方法求解带受控源的电路并写出解法
举个例子如上图,求3Ω电阻的电流I3。
1、网孔电流法:
如上图中设两个网孔电流分别为:I1、I2,则回路电压方程为:
网孔一:2×I1+3×(I1-I2)=28,5I1-3I2=28。
网孔二:6×I2+6=3×(I1-I2),3I1-9I2=6,I1-3I2=2。
解方程组:I1=6.5,I2=1.5。
所以:I3=I1-I2=6.5-1.5=5(A)。
2、支路电流法:设各支路电流如下图:
根据KVL:2I1+3I3=28;6I2+3I3=6。
根据KCL:I1+I2=I3。
解方程组,得到:I1=6.5,I2=-1.5,I3=5(A)。
3、节点电压法:最下端为公共地,最上端节点点位为U。
(U-28)/2+U/3+(U-6)/6=0,解得:U=15(V)。
所以:I3=U/3=15/3=5(A)。
4、戴维南:将R=3Ω电阻从电路中断开,如下图。
电路只剩余一个闭合回路,回路电流为:I=(28-6)/(2+6)=2.75(A),顺时针方向。
所以:Uoc=Uab=6I+6=6×2.75+6=22.5(V)。
将两个电压源短路:Req=Rab=2∥6=1.5(Ω)。
戴维南定理:I3=Uoc/(Req+R)=22.5/(1.5+3)=5(A)。
5、诺顿定理:
求Req步骤与4、中一致,将电阻R=3Ω短路:
Isc=28/2+6/6=15(A)。Req=1.5Ω。
于是:I3=Isc×(Req∥R)/R=Isc×Req/(Req+R)=15×1.5/(1.5+3)=5(A)。
6、叠加定理:
28V电压源单独作用:
干路电流为:I=28/(2+3∥6)=7(A),并联支路电压:U=I×(3∥6)=7×2=14(V)。
I3'=U/3=14/3(A)。
6V电压源单独作用时:
干路电流为:I=6/(6+2∥3)=5/6(A)。
并联支路电压:U=I×(2∥3)=(5/6)×(6/5)=1(V)。
所以:I3"=U/3=1/3(A)。
叠加:I3=I3'+I3"=14/3+1/3=5(A)。
——1、不明白你所说的等效是什么方法,因此只有6种解法;2、设定电路没有受控源,否则电路计算更为复杂,在这里的小篇幅不可能完全写得下。
**电路示例**:
假设有一个电路,包含一个电压源$E$、一个电阻$R_1$、一个受控电流源,其电流值为$kI$($k$为常数,$I$为某支路电流),以及一个负载电阻$R_2$。
**等效法**:
将受控电流源与相关支路进行等效变换,比如根据已知条件将其转换为受控电压源等形式,然后再进行常规的电路分析计算。
**网孔法**:
1. 假设网孔电流,通常为$I_m1$、$I_m2$等。
2. 依据基尔霍夫电压定律(KVL),对每个网孔列出电压方程。例如,对于包含受控电流源的网孔,要考虑受控源对电压的影响。
3. 联立方程求解出网孔电流。
4. 进而根据网孔电流求出所需的支路电流和电压等。
**支路法**:
1. 对电路中的各支路电流进行假设,设为$I_1$、$I_2$等。
2. 依据基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL),分别对结点和回路列出相应的电流方程和电压方程。
3. 考虑到受控源的特性,将其关系代入方程中。
4. 联立方程组求解支路电流,从而得到各支路的电压等信息。
**结点法**:
1. 选择一个结点作为参考结点,设其他结点相对于参考结点的电压为$V_n1$、$V_n2$等。
2. 根据基尔霍夫电流定律(KCL),对每个非参考结点列出电流方程,注意受控源对电流的贡献。
3. 联立方程求解结点电压。
4. 再根据结点电压求出各支路的电流和电压。
**戴维南法**:
1. 先将负载电阻$R_2$从电路中断开。
2. 求断开后的开路电压$U_{oc}$,通过对剩下电路的分析计算得出。对于含受控源的情况,要利用受控源的特性来计算。
3. 求等效内阻$R_{eq}$。当电路中含有受控源时,可采用外加电源法(如在端口处加一电压源或电流源,计算相应的电流或电压,从而得出等效电阻)。
4. 得到戴维南等效电路后,再将负载电阻$R_2$接入,根据欧姆定律等计算出负载上的电流和电压等。
**诺顿法**:
1. 同样先将负载电阻$R_2$断开。
2. 求短路电流$I_{sc}$,即端口短路时的电流。含受控源时需结合受控源特性来确定短路电流。
3. 计算等效内阻$R_{eq}$,方法与戴维南法中求等效内阻相同。
4. 得到诺顿等效电路后,将负载电阻$R_2$接入,进而求出负载上的电流和电压等信息。诺顿等效电路可转换为戴维南等效电路,反之亦然
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