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叠加定理

叠加定理是天才中的一种,它采用了一个复杂的主题,并以一种完全合理的方式将其简化。像米尔曼这样的定理当然很有效,但不是很明显为什么 它运作良好。另一方面,叠加很明显。

串联/并联分析

叠加定理中使用的策略是一次消除网络中除一个电源之外的所有电源,使用串联/并联分析来分别确定修改网络内每个电源的电压降(和/或电流)。然后,一旦为每个单独工作的电源确定了压降和/或电流,这些值就会全部“叠加”在彼此之上(以代数方式相加),以找出所有电源都处于活动状态时的实际压降/电流。让我们再次看一下我们的示例电路,并将叠加定理应用于它:

由于我们在这个电路中有两个电源,我们必须计算两组电压降和/或电流值,一组用于只有 28 伏电池有效的电路。 . .

. . .一种用于仅使用 7 伏电池的电路:

当用一个电源重新绘制串联/并联分析电路时,所有其他电压源都被电线(短路)取代,所有电流源都被开路(断路)取代。由于我们的示例电路中只有电压源(电池),因此我们将在分析过程中用电线替换每个不活动的电源。

分析仅使用 28 伏电池的电路,我们得到以下电压和电流值:

分析仅使用 7 伏电池的电路,我们获得了另一组电压和电流值:

通过叠加

当叠加这些电压和电流值时,我们必须非常小心地考虑极性(电压降的)和方向(电流的),因为这些值必须以代数方式相加 .

将这些叠加的电压值应用到电路中,最终结果如下所示:

电流也可以代数累加,可以像电阻压降一样叠加,也可以简单地根据最终压降和各自的电阻 (I=E/R) 计算得出。不管怎样,答案都是一样的。这里我将展示应用于电流的叠加方法:

再次将这些叠加的数字应用到我们的电路中:

叠加定理的先决条件

相当简单和优雅,你不觉得吗?但是,必须注意的是,叠加定理仅适用于每次可以将每个电源简化为串联/并联组合的电路(因此,该定理对于分析不平衡的桥式电路毫无用处),并且仅适用于适用于底层方程是线性的(没有数学幂或根)。线性的必要条件意味着叠加定理仅适用于确定电压和电流,不适用于功率!!! 功率耗散是非线性函数,当一次只考虑一个源时,不会通过代数计算得出准确的总和。对线性的需求也意味着该定理不能应用于元件电阻随电压或电流变化的电路。因此,无法分析包含灯(白炽灯或气体放电灯)或压敏电阻等组件的网络。

叠加定理的另一个先决条件是所有组件都必须是“双边的”,这意味着它们在电子以任一方向流过它们时表现相同。电阻器没有极性特定的行为,所以我们目前研究的电路都符合这个标准。

叠加定理可用于交流 (AC) 电路和半导体(放大器)电路的研究,其中有时交流经常与直流混合(叠加)。因为交流电压和电流方程(欧姆定律)就像直流一样是线性的,我们可以使用叠加来分析只有直流电源的电路,然后只有交流电源,结合结果来判断交流和交流会发生什么直流电源有效。不过,就目前而言,叠加将足以让您不必使用联立方程来分析电路。

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