3·29

5.2 源变换 (source transformation) · 第 8 讲 46:00

+ − V R a b
电压源串电阻
I = V/R R a b
电流源并电阻
规则

电压源 VV 串电阻 RR ⇄ 电流源 I=V/RI = V/R 并同一个 RR。电流源箭头指向原来电压源的 + 端(a)。

两边从 a、b 看是同一条直线:左边 v=V−Riv = V - Ri,右边 v=R(I−i)=RI−Riv = R(I - i) = RI - Ri,只要 V=RIV = RI 就一模一样。

为什么箭头指向 +

把 a、b 短接:左边电流从 + 端 a 流出、经短路线回到 b,大小 V/RV/R。右边短接后电阻被短路,电流源的电流全部走短路线,方向必须也是从 a 出来,所以箭头指向 a。拿"短路时电流往哪走"检查方向,不用背。

三个限制
  1. 只对端口等效,内部不等效。第 8 讲:1 V 串 1 Ω 开路时电阻不发热;1 A 并 1 Ω 开路时 1 A 全部流过电阻,发热 1 W(见第 06 节的图)。
  2. 要求的那个量不能被卷进去。如果题目问的是那个 RR 里的电流,变换后它就"消失"了(变换前后 RR 里的电流不同)。端子 a、b 的电压是保留的。
  3. 受控源也能变换,但控制量必须留在图里。如果控制电压或控制电流在被变换的那部分里面,变换后就找不到了,不能这样做。
例 5-1

自编 连续源变换

+ − 12 V 3 Ω 6 Ω 2 A 2 Ω RL = 4 Ω x y iL
例 5-1:只用源变换和串并联求负载电流 iLi_L(向下)。

方法:负载只有一个,左边全是"源串 R / 源并 R",从左往右一路变换,负载 4 Ω 留到最后。

  1. 12 V 串 3 Ω → 4 A 并 3 Ω,箭头向上指向 x(原 + 端在上)。
  2. x 处:3 Ω ∥ 6 Ω = 2 Ω;4 A 和 2 A 都注入 x,合并为 6 A。现在是 6 A 并 2 Ω。
  3. 6 A 并 2 Ω → 12 V 串 2 Ω;再串上 2 Ω:12 V 串 4 Ω,接负载 4 Ω。
iL=124+4=1.5 A (向下)i_L = \frac{12}{4+4} = 1.5\ \text{A}\ (\text{向下})
检验

节点法:KCL @ x vx−123+vx6+vx−vy2=2\frac{v_x-12}{3}+\frac{v_x}{6}+\frac{v_x-v_y}{2}=2,KCL @ y vy−vx2+vy4=0\frac{v_y-v_x}{2}+\frac{v_y}{4}=0,解得 vx=9 V, vy=6 Vv_x=9\,\text{V},\ v_y=6\,\text{V},iL=6/4=1.5 Ai_L=6/4=1.5\,\text{A} ✓。

课堂梗 · 源变换

老师可能问回答
源变换和戴维南/诺顿是什么关系?源变换就是"戴维南 ⇄ 诺顿",只是用在大电路中间的一小块上。条件 V=RIV = RI 就是 Vth=RthINV_{th} = R_{th} I_N。
理想电压源(没有串联电阻)能变成电流源吗?不能。要 I=V/0I = V/0,无穷大。理想电流源(没有并联电阻)同理不能变成电压源(第 8 讲:理想电流源没有有限的戴维南形式)。这时要用第 09 节的源搬移先制造出串/并联电阻。
变换前后电阻里的电流一样吗?不一样。只有端子以外的电压电流一样,这正是"不能卷进要求的电阻"的原因。

补充练习

练习 X1 · 自编 · 源变换求电流
+ − 30 V 20 Ω 3 A 8 Ω 5 Ω 4 Ω a b i
练习 X1:求 8 Ω 中向下的电流 ii。

只用源变换和串并联求 ii。注意 8 Ω 本身不能拿去变换。

提示

从左往右:30 V 串 5 Ω → 6 A 并 5 Ω;5 ∥ 20 = 4 Ω;再变回电压源串上 4 Ω。

  1. 30 V 串 5 Ω → 6 A 并 5 Ω;5 ∥ 20 = 4 Ω,得 6 A 并 4 Ω → 24 V 串 4 Ω。
  2. 串上 4 Ω:24 V 串 8 Ω → 3 A 并 8 Ω(注入 b)。
  3. b 处还有 3 A 注入:合并为 6 A 并 8 Ω,再并负载 8 Ω,分流各一半。
i=6×88+8=3 A (向下)i = 6 \times \frac{8}{8+8} = 3\ \text{A}\ (\text{向下})

检验(节点法):va=vb=24v_a = v_b = 24 V,i=24/8=3i = 24/8 = 3 A ✓。