2.1 电路分析中的等效变换概念
2.1.1 二端网络的概念
任何一个复杂的电路,不管其内部结构如何,若向外引出两个端子,且从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流,则称这一电路为二端网络(或单端口电路),如图2-1所示。若二端网络仅由无源元件构成,则称为无源二端网络。如果二端网络内部含有电源,则称为有源二端网络。
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图2-1 二端网络
2.1.2 二端网络的等效变换
如果电路结构、元件参数完全不同的两个二端网络具有相同的电压、电流关系即相同的伏安关系(VCR),则这两个二端网络称为等效网络。等效网络在电路中可以相互代换,这种“代换”称为等效变换。
如图2-2所示,结构和参数完全不相同的两个二端网络B与C,当它们的端口具有相同的伏安关系时,称B与C是等效的电路,二者可以相互等效变换。
当电路进行分析和计算时,利用二端网络的等效变换可以把电路中某一部分化简。即用如图2-3b所示的一个较为简单的二端网络C(等效电路)代换如图2-3a所示的二端网络B。代换前的电路和代换后的电路对任意外电路A中的电流、电压和功率而言是等效的。
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图2-2 等效二端电路
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图2-3 原电路与等效电路
注意:等效变换的特点是“对外等效,对内不等效”。如果还需要计算其内部电路的电压或电流,则需要“返回原电路”。
例如,图2-3等效是用以求解A部分电路中的电流、电压和功率。如果要求图2-3a中二端网络B内部电路的电流、电压和功率,则不能用图2-3b等效电路C来求,就必须回到原电路图2-3a中。因为B电路和C电路对A电路来说是等效的,但B电路和C电路本身是不相同的。
通过上述分析,得到以下结论:
1)电路等效变换的条件:两电路对外具有相同的VCR。
2)电路等效变换的对象:对未变化的外电路A中的电流、电压和功率等效,即;“对外等效”。
3)电路等效变换的目的:化简电路,方便计算。