테브난 등가 회로로 부하 동작 표현하기

두 단자에서 바라본 회로

독립 전원이 포함된 선형 저항 회로는 선택한 포트에서 테브난 전압 $V_{TH}$와 직렬 저항 $R_{TH}$로 나타낼 수 있습니다. 등가 회로는 그 포트에 연결한 부하의 전압과 전류를 예측합니다. 원래 회로 내부의 가지 전류나 모든 부품의 소비 전력을 그대로 보존하는 것은 아닙니다. 계산을 시작하기 전에 포트를 구성하는 두 단자를 명확히 정하세요.

$V_{TH}$는 포트를 개방했을 때의 전압입니다. 이 독립 전원 예제에서 $R_{TH}$를 구할 때는 이상적인 전압원을 0으로 만들어 단락으로 바꾸고, 이상적인 전류원을 0으로 만들어 개방으로 바꿉니다. 종속 전원은 활성 상태로 유지해야 하며 시험 전원을 사용하는 방법이 필요합니다. 그 방법은 이번 첫 예제의 범위를 벗어납니다. 전원을 0으로 만드는 절차는 등가 저항을 계산하기 위한 조작이지 실제 전원을 단락하라는 실험 지시가 아닙니다.

처음부터 다시 풀지 않고 부하 계산하기

5 V 분압 회로의 위쪽과 아래쪽 저항이 모두 10 kΩ입니다. 출력 개방 전압은 2.5 V입니다. 계산에서 5 V 전압원을 단락으로 바꾸면 두 저항은 모두 출력과 접지 사이에 연결됩니다. 따라서 $R_{TH}=10\,\mathrm{k}\Omega\parallel10\,\mathrm{k}\Omega=5$ kΩ입니다. 10 kΩ 부하를 연결하면 출력은 $2.5\times10/(5+10)=1.666667$ V이고 부하 전류는 0.166667 mA입니다.

원래 포트: 분압기 out, 접지
등가 회로: 2.5 V 전압원 --- 5 kohm --- out --- 부하 --- 접지

개방 전압은 2.5 V이지만 어떤 부하에서도 2.5 V를 유지한다는 뜻은 아니었습니다. 5 kΩ의 전원 저항으로 출력 전압의 하락을 설명할 수 있습니다. 원래 회로로 검산하면 아래쪽 10 kΩ과 부하의 병렬 합성 저항은 5 kΩ이고, 5 V에 5/(10+5)를 곱해 같은 결과를 얻습니다.

부하를 떼어 놓았을 때의 전압과 연결했을 때의 전압을 비교하면, 출력 단자가 얼마나 이상적인 전압원에 가까운지 알 수 있습니다. $R_L$이 $R_{TH}$에 비해 충분히 클 때 전압 하락이 작고, 두 저항이 비슷해지면 하락을 무시하기 어렵습니다. 여러 부하 값을 비교할 때마다 원래 회로의 모든 가지를 풀 필요 없이 같은 등가 회로에 다른 $R_L$을 넣으면 됩니다.

등가 회로로 알 수 없는 것

테브난 저항의 소비 전력은 일반적으로 원래 분압 회로 내부의 전체 발열과 같지 않습니다. 부품 정격을 정할 때는 원래 회로를 사용하세요. 예를 들어 부하를 개방해 테브난 저항에 전류가 흐르지 않아도 원래 분압 회로에는 전원에서 두 저항을 지나는 전류가 계속 흐릅니다. 포트에서 같은 동작을 보인다는 사실과 내부에서 같은 전력이 소비된다는 사실은 구별해야 합니다.

비선형 다이오드 회로는 특정 바이어스점 근처에서만 국소적인 소신호 등가 회로를 만들 수 있습니다. 질문의 범위에 맞는 전원 모델을 사용하고 원래 회로도를 설계 기록에 남기세요. 간단한 표현으로 바꾸더라도 전원의 공급 능력, 부품 발열, 비선형 동작과 같은 물리적인 한계가 기록에서 사라져서는 안 됩니다.