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任何一个支路中的电流,都可以看成是由电路中各个电源分别作用时,在此支路中所产生的电流的代数和。这就是叠加原理。
当线性电路中只有一个独立源作用于电路时,电路中各部分的电压、电流的大小与电源的大小成正比即齐性原理。当电路中有多个独立源作用于电路时,电路的求解方法除了利用KCL、KVL 列方程求解外,还可以使用叠加原理进行求解。叠加原理的内容为: 当多个电源作用于电路时所产生的电压、电流响应等于每一个电源单独作用于电路所产生的响应的代数和。
使用叠加原理分析电路的步骤为: (1)首先把原电路分解成每个独立电源单独作用的电路。 (2)计算每个独立电源 单独作用于电路时所产生的响应分量。(3)将响应分量进行叠加得到完全响应。
注意事项:(1)当每一个独立电源单独作用于电路时,要保留受控源,即受控源不能单独作用于电路。(2)只能用于电压、电流的叠加不能用于功率的叠 加。(3)进行叠加时,应取各响应分量的代数和。(4)当每一个独立源单独作用于电路时,其它独立源不作用,即电压源短路,保留内阻;电流源开路,保留内 电导。
1、叠加定理
电路结构和参数如图1.19(a)所示,应用叠加原理求电路中的电压U(图中电阻的单位为欧姆)。
2、齐性原理与叠加原理
如图1.20电路,已知当三个电源共同作用时,输出电压为Uab;当IS1和US1反向而US2不变时,输出电压为0.5Uab;当IS1 和US2反向而US1不变时,输出电压为0.3Uab。求当IS1反向,而US1、US2不变时,输出电压为原来的几倍?
分析:根据线性原理,当US1单独作用于电路时产生的响应为K1US1,当US2单独作用时,产生的产生的响应为K2US2,当IS1单独作用时,产生的响应为K3IS1(其中K1、K2、K3为系数)。由叠加原理,共同作用时的响应为三者响应之和。
方程组及结果如右:
三个电源共同作用时,根据线性原理和叠加原理:Uab=K1US1+K2US2+K3IS1
当IS1 和US1 反向而 US2不变时: 0.5Uab=-K1US1+K2US2-K3IS1
当IS1 和US2 反向而 US1不变时: 0.3Uab=K1US1-K2US2-K3IS1
当IS1 反向,而US1、US2不变时,设输出电压为原来Uab的x倍
则 xUab=K1US1+K2US2-K3IS1
解得: x=1.8
3、含有受控源的叠加定理
电路结构及参数如图1.21(a)所示,其中U1为开路电压。求电压U2=?
分析:该电路中含有VCVS,应用叠加原理将原电路分解为两个独立源分别单独作用的电路,U2等于US1、US2分别单独作用于电路所产生的响应之和,即U2=U2(1)+U2(2),其等效电路如图(b)、(c)所示。需要注意的是:US1和US2单独作用时,电路中应保留受控电源,受控电源不能单独作用于电路。
方程式及结果如下:
在(b)中求US1单独作用于电路产生的响应U2(1),由于U1(1)开路,则: I(1)=-2U(1)/(2K+2K), U1(1)=1.2+2I(1)
代入数据得: I(1)= -0.3A, U2(1)=-0.3*2 =-0.6V
在(c)中求US2单独作用于电路产生的响应U2(2): I(2)=-4-2U(2)/(2K+2K), U1(2)=2I(2)
代入数据得: I(1)=-0.5A, U2(1)=4-0.5*2=3V
最后进行叠加:U2=U2(1)+U2(2)=-0.6+3=2.4V
4、叠加定理综合题目
已知电路结构及参数如图1.22(a)所示(图中电阻的单位为欧姆)。求:图中电流源两端的电压US=?
分析:该电路中含有两个独立电源,应分为两个电路进行计算。(b)图为10V电压源单独作用而将电流源开路,(c)图为4A电流源单独作用而将电压源短路。分别计算出响应分量U3(1),U3(2), 再进行叠加即可。
方程式及结果如下:
在(b)图中: I1(1)=I2(1)=10/(6+4)=1A, U3(1)=-10I1(1)+4I2(1)=-6V
在(c)图中: I1(2)=[-4/(6+4)]*4=-1.6A, I2(2)=4+I1(2)=2.4A, U3(2)=-10+I1(2)+4I2(2)=25.6V
最后进行叠加:U3=U3(1)+U3(2)=19.6V |
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