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戴维南等效保持负载端行为

用开路电压和电阻替代线性电源网络。

从两个端子观察电路

具有独立源的线性电阻网络,在选定端口可表示为戴维南电压 VTHV_{TH} 串联电阻 RTHR_{TH}。等效电路预测接到该端口的负载电压和电流,但不保留内部支路电流或每个元件的功率。计算前应明确两个端口端子。

VTHV_{TH} 为端口开路电压。此独立源示例中,求 RTHR_{TH} 时将理想电压源置零,用短路替代;将理想电流源置零,用开路替代。受控源必须保持有效,并需要测试源法,这超出第一个示例范围。

无需重算整个网络的负载分压器

5 V 分压器使用上方 10 kΩ 和下方 10 kΩ 电阻。开路输出为 2.5 V。将 5 V 电源短路后,两个电阻都将输出连接到地,因此 RTH=10 kΩ∥10 kΩ=5R_{TH}=10\,\mathrm{k}\Omega\parallel10\,\mathrm{k}\Omega=5 kΩ。接入 10 kΩ 负载,输出变为 2.5×10/(5+10)=1.6666672.5\times10/(5+10)=1.666667 V,负载电流为 0.166667 mA。

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原始端口: 分压器 out, 接地
等效电路: 2.5 V 电压源 --- 5 kohm --- out --- 负载 --- 接地

开路电压仍为 2.5 V,但它从未承诺所有负载下均为 2.5 V。5 kΩ 的源阻抗解释了下降。用原网络确认:下方 10 kΩ 与负载并联得到 5 kΩ,5 V 乘以 5/(10+5) 得到相同结果。

等效电路不能告诉你的事

戴维南电阻的耗散通常不等于原分压器内部的总发热。元件额定值应使用原电路计算。同样,非线性二极管网络可能只在某一偏置点附近适用局部小信号等效。源模型的范围应与问题匹配,并在设计记录中保留原图,避免巧妙简化抹去物理限制。

自己试试

对于这个戴维南电源,怎样的负载能使电压至少保持开路值的 90%?

阅读解释

RL/(5 kΩ + RL) ≥ 0.9,得到 RL ≥ 45 kΩ。45 kΩ 时,输出为 2.25 V。

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