Thevenin-Ersatzschaltungen erhalten das Lastverhalten

Ein nützlicher Blick von zwei Anschlüssen

Ein lineares Widerstandsnetz mit unabhängigen Quellen lässt sich an einem gewählten Port durch eine Thevenin-Spannung $V_{TH}$ in Reihe mit Widerstand $R_{TH}$ darstellen. Die Ersatzschaltung sagt Spannung und Strom angeschlossener Lasten voraus. Sie erhält weder interne Zweigströme noch die Leistung jedes Bauteils. Geben Sie die beiden Portanschlüsse vor der Berechnung an.

$V_{TH}$ ist die Leerlaufspannung des Ports. Um $R_{TH}$ für dieses Beispiel mit unabhängigen Quellen zu bestimmen, setzen Sie ideale Spannungsquellen auf Null und ersetzen sie durch Kurzschlüsse; ideale Stromquellen setzen Sie auf Null und ersetzen sie durch offene Verbindungen. Abhängige Quellen müssen aktiv bleiben und benötigen ein Testquellenverfahren außerhalb dieses ersten Beispiels.

Ein belasteter Teiler ohne Neuanfang

Ein 5-V-Teiler verwendet oben 10 kΩ und unten 10 kΩ. Seine Leerlaufausgabe beträgt 2.5 V. Bei kurzgeschlossener 5-V-Quelle verbinden beide Widerstände den Ausgang mit Masse, also $R_{TH}=10\,\mathrm{k}\Omega\parallel10\,\mathrm{k}\Omega=5$ kΩ. Schließen Sie eine Last von 10 kΩ an. Die Ausgabe wird $2.5\times10/(5+10)=1.666667$ V und der Laststrom 0.166667 mA.

Ursprünglicher Port: Teiler out, Masse
Ersatzschaltung: 2.5-V-Quelle --- 5 kohm --- out --- Last --- Masse

Die Leerlaufspannung blieb 2.5 V, versprach aber niemals 2.5 V unter allen Lasten. Eine Quellenimpedanz von 5 kΩ erklärt den Abfall. Bestätigen Sie dies mit dem ursprünglichen Netz: untere 10 kΩ parallel zur Last ergeben 5 kΩ, und 5 V mal 5/(10+5) liefert dasselbe Ergebnis.

Was die Ersatzschaltung nicht aussagt

Die Verlustleistung des Thevenin-Widerstands ist im Allgemeinen nicht die gesamte Erwärmung des ursprünglichen Teilers. Verwenden Sie für Bauteilbelastbarkeiten die ursprüngliche Schaltung. Ebenso kann ein nichtlineares Diodennetz nur eine lokale Kleinsignalersatzschaltung um einen Arbeitspunkt zulassen. Verwenden Sie ein Quellenmodell, dessen Geltungsbereich zur Frage passt, und bewahren Sie die ursprüngliche Zeichnung in Ihren Entwurfsnotizen auf, damit eine elegante Vereinfachung keine physikalische Grenze ausblendet.