易用但不怎么好记的互易定理

2024-03-01 18:50

本文主要是介绍易用但不怎么好记的互易定理,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

    • 1.互易定理
      • ⑴基本内容
      • ⑵使用注意事项:
    • 2.三种具体表现形式
    • 3.记忆及应用
      • ⑴前两种形式
      • ⑵第三种形式
    • 综合题★★★★

对互易网络,由(端口形式的)特勒根定理可以推导出互易定理,对求解带来极大方便。根据激励与响应的不同类型,互易定理共有三种表现形式,看似稍微有点复杂,其实只要根据特勒根定理去记忆和理解,也很容易掌握。

1.互易定理

⑴基本内容

对于一个仅含线性电阻且只有一个激励的电路,当激励与响应互换位置时,其比值保持不变。(注:满足定理条件的电路即为互易网络。)

⑵使用注意事项:

①互易前后应保持电路的拓扑结构不变,仅理想电源搬移;

②受控源的控制是有方向性的,为不可互易元件,故含有受控源的网络不是互易网络,互易定理一般不成立。

2.三种具体表现形式

互易定理的依据是特勒根定理,其有三种表现形式:

①激励为电压源,响应为短路电流,如图1所示, i ^ 1 / u ^ s = i 2 / u s \hat{i}{{_1}/{\hat{u}_s}}=i{{_2}/{u_s}} i^1/u^s=i2/us

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图1 互易定理形式一

②激励为电流源,响应为开路电压,如图2所示, u ^ 1 / i ^ s = u 2 / i s \hat{u}{{_1}/{\hat{i}_s}}=u{{_2}/{i_s}} u^1/i^s=u2/is

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图2 互易定理形式二

③激励为电流源,响应为短路电流,互易后激励为电压源,响应为开路电压,如图3所示, u ^ 1 / u ^ s = i 2 / i s \hat{u}{{_1}/{\hat{u}_s}}=i{{_2}/{i_s}} u^1/u^s=i2/is

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图3 互易定理形式三

3.记忆及应用

⑴前两种形式

互易前后响应变量和激励变量类型不变且比例关系不变,即:激励为电压源,响应为短路电流(第一种形式),表现为 i ^ 1 / u ^ s = i 2 / u s \hat{i}{{_1}/{\hat{u}_s}}=i{{_2}/{u_s}} i^1/u^s=i2/us;或激励为电流源,响应为开路电压(第二种形式),表现为 u ^ 1 / i ^ s = u 2 / i s \hat{u}{{_1}/{\hat{i}_s}}=u{{_2}/{i_s}} u^1/i^s=u2/is。为验证所写公式的正确性,可把比例式写成乘积式,得到的应当是相对应的特勒根定理。

⑵第三种形式

激励为电流源,响应为短路电流,则互易后激励为电压源,响应为开路电压,表现为 u ^ 1 / u ^ s = i 2 / i s \hat{u}{{_1}/{\hat{u}_s}}=i{{_2}/{i_s}} u^1/u^s=i2/is,反之亦然。这种形式的特点是,互易前的激励和响应变量类型一致(都是电流或电压),互易后的激励和响应变量类型也一致(都是电压或电流),也可通过特勒根定理验证,即 u ^ 1 i s = u ^ s i 2 ⟺ u ^ 1 / u ^ s = i 2 / i s \hat{u}_1i_s=\hat{u}_si_2\Longleftrightarrow \hat{u}{{_1}/{\hat{u}_s}}=i{{_2}/{i_s}} u^1is=u^si2u^1/u^s=i2/is

只要是互易网络,互易定理会使电路的求解变得简单。

题1图4和图5所示电路中,网络N仅由电阻组成,在图1中,已知 U 2 = 6 V U_2=6\mathrm{V} U2=6V,求图2中的 U 1 ′ U_{1}^{\mathrm{'}} U1

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图4

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图5

解析:图4和图5中的两个电路,独立源置零后结构相同,且网络N仅由电阻组成,故构成互易网络。

两个电路仅激励位置不同,根据激励和响应变量的类型,可用互易定理的第二种形式(互易前后均取为电压电流比),即
U 2 4 = U 1 ′ 2 \frac{U_2}{4}=\frac{U_{1}^{\mathrm{'}}}{2} 4U2=2U1

U 1 ′ = 2 4 U 2 = 3 V U_{1}^{\mathrm{'}}=\frac{2}{4}U_2=3\mathrm{V} U1=42U2=3V

题2图6和图7所示电路中的网络N由电阻组成,图6中, I 2 = 0.5 A I_2=0.5\mathrm{A} I2=0.5A,求图7中的电压 U 1 U_1 U1

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图6

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图7

解析:电路为互易网络,根据激励响应类型,应用互易定理的第三种形式(本题中互易前为电压比电压,互易后为电流比电流),有
3 I 2 5 = U 1 / 4 6 \frac{3I_2}{5}=\frac{U{{_1}/{4}}}{6} 53I2=6U1/4
已知 I 2 = 0.5 A I_2=0.5\mathrm{A} I2=0.5A,代入上式,解得
U 1 = 7.2 V U_1=7.2\mathrm{V} U1=7.2V

综合题★★★★

题3图8、图9和图10所示电路中的网络N仅由电阻组成,根据图8和图9的已知情况,求图10中的电流 I 1 I_1 I1 I 2 I_2 I2

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图8

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图9

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图10

解析:由叠加定理,可将图10看作图11和图12的叠加。

图11与图8相同,所以 I 1 ( 1 ) = 3 A , I 2 ( 1 ) = 1 A I_{1}^{(1)}=3\mathrm{A},\mathrm{ }I_{2}^{(1)}=1\mathrm{A} I1(1)=3A,I2(1)=1A

图12相当于图11中的激励和响应互换,由互易定理 I 1 ( 2 ) = − I 2 ( 1 ) = − 1 A I_{1}^{(2)}=-I_{2}^{\left( 1 \right)}=-1\mathrm{A} I1(2)=I2(1)=1A

故,图10中的电流 I 1 I_1 I1
I 1 = I 1 ( 1 ) + I 1 ( 2 ) = 2 A I_1=I_{1}^{(1)}+I_{1}^{(2)}=2\mathrm{A} I1=I1(1)+I1(2)=2A

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图11

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图12

由图9可知 I 2 I_2 I2所在支路的短路电流为 i s c = 2 A i_{sc}=2\mathrm{A} isc=2A,又由图8知 I 2 I_2 I2支路接入5Ω电阻时,电流为1A,即电压为5V。根据诺顿等效电路的外特性
i = i s c − u / R e q i=i_{sc}-{{u}/{R_{eq}}} i=iscu/Req
1 = 2 − 5 / R e q 1=2-{{5}/{R_{eq}}} 1=25/Req
所以 R e q = 5 Ω R_{eq}=5\Omega Req=,故图10中 I 2 I_2 I2支路以外的电路(即网络N右端口看进去的等效电路)可等效为图13所示电路的虚框部分。

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图13

接入20V电压源与5Ω电阻后(如图13所示),由叠加定理,电流 I 2 I_2 I2
I 2 = 5 5 + 5 × 2 − 20 5 + 5 = − 1 ( A ) I_2=\frac{5}{5+5}\times 2-\frac{20}{5+5}=-1(\mathrm{A)} I2=5+55×25+520=1(A)

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http://www.chinasem.cn/article/763456

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