戴維南定理(Thevenin‘s theorem):含獨立電源的線性電阻單口網絡N,就端口特性而言,可以等效為一個電壓源和電阻串聯的單口網絡。電壓源的電壓等于單口網絡在負載開路時的電壓uoc;電阻R0是單口網絡內全部獨立電源為零值時所得單口網絡N0的等效電阻。
戴維南定理可以在單口外加電流源i,用疊加定理計算端口電壓表達式的方法證明如下。在單口網絡端口上外加電流源i,根據疊加定理,端口電壓可以分為兩部分組成。一部分由電流源單獨作用(單口內全部獨立電源置零)產生的電壓u’=Roi,另一部分是外加電流源置零(i=0),即單口網絡開路時,由單口網絡內部全部獨立電源共同作用產生的電壓u”=uoc。由此得到:U=u’+u”=Roi + uoc
戴維南等效電路受控源分析
戴維南定理指出,等效二端網絡的電動勢E等于二端網絡開路時的電壓,它的串聯內阻抗等于網絡內部各獨立源和電容電壓、電感電流都為零時,從這二端看向網絡的阻抗Zi。設二端網絡N中含有獨立電源和線性時不變二端元件(電阻器、電感器、電容器),這些元件之間可以有耦合,即可以有受控源及互感耦合;網絡N的兩端ɑ、b接有負載阻抗Z(s),但負載與網絡N
圖2內部諸元件之間沒有耦合,U(s)=I(s)/Z(s)(圖1)。當網絡 N中所有獨立電源都不工作(例如將獨立電壓源用短路代替,獨立電流源用開路代替),所有電容電壓和電感電流的初始值都為零的時候,可把這二端網絡記作N0。這樣,負載阻抗Z(s)中的電流I(s)一般就可以按下式1計算(圖2)
式1式中E(s)是圖1二端網絡N的開路電壓,亦即Z(s)是無窮大時的電壓U(s);Zi(s)是二端網絡N0呈現的阻抗;s是由單邊拉普拉斯變換引進的復變量。和戴維南定理類似,有諾頓定理或亥姆霍茲-諾頓定理。按照這一定理,任何含源線性時不變二端網絡均可等效為二端電流源,它的電流J等于在網絡二端短路線中流過的電流,并聯內阻抗同樣等于看向網絡的阻抗。這樣,圖1中的電流I(s)一般可按下式2計算(圖3)
式2式中J(s)是圖1二端網絡N的短路電流,亦即Z(s)等于零時的電流I(s);Zi(s)及s的意義同前。圖2、圖3虛線方框中的二端網絡,常分別稱作二端網絡N的戴維南等效電路和諾頓等效電路。
圖3在正弦交流穩態條件下,戴維南定理和諾頓定理可表述為:當二端網絡N接復阻抗Z時,Z中的電流相量I一般可按以下式3計算
式3式中E、J分別是N的開路電壓相量和短路電流相量;Zi是N0呈現的復阻抗;N0是獨立電源不工作時的二端網絡N。這個定理可推廣到含有線性時變元件的二端網絡。