帮我解决这个直流电路问题

电器工程 直流 戴维宁
2022-02-02 14:32:14

电路如下所示: 在此处输入图像描述

除 \$I_{g2}\$ 外,所有元素都是已知的。
\$E_1=3V,E_4=10V,E_6=2V,E_8=1V,E_9=4V,I_{g7}=1mA,\$
\$R_1=1k\Omega,R_2=1k\Omega,R_3=1k\Omega ,R_4=2k\Omega,R_5=4k\Omega,R_6=3k\Omega,R_9=6k\Omega\$

但我们也知道电流\$​​I_8=1.3mA。\$任务是计算\$I_{ g2}.\$
根据 LTSpice 软件,\$I_{g2}=1mA\$。

我所做的:
我将整个电路转换为与 \$E_8\$ 分支相关的戴维南等效电路。这是一个漫长而艰巨的过程,但最终,我得到了 \$I_{g2}=11mA\$,这与 \$1mA\$ 相差无几。
我重新检查了我所做的一切几次,但我就是找不到错误。我会再检查几次,但我希望你给我一些提示和你对解决这个问题的意见,你有更好的想法吗?

编辑:

所以,这里是我的解决方案的详细过程:
1)我重新绘制了电路以便于计算。下图显示了我找到戴维宁等效电路的电路。 在此处输入图像描述

2)然后,我通过消除所有具有内部电阻的源,找到了 \$A\$ 和 \$B\$ 之间的等效电阻。下图为取消源后的电路。 在此处输入图像描述

现在,我通过将 \$R_1\$ 和 \$R_3\$ 替换为 \$R_{13}=R_1+R_3=2k\Omega\$ 来计算等效电阻。然后我应用 delta-wye 转换将 \$R_4R_5R_{13}\$ 转换为 \$R_{45}R_{134}R_{135}\$。在那之后,一切都是显而易见的。
经过几次计算,我得到:\$R_T=R_e=\frac{10}{3}\Omega\$。

3) 为了计算 \$A\$ 和 \$B\$ 之间的电压,我应用了叠加定理,并逐个考虑了一个来源。

  • a) 仅 \$E_1\$ 活动: 在此处输入图像描述

我们可以看到桥是平衡的,所以 \$E_1\$ 对 \$U_{AB}\$ 没有影响,所以,在这种情况下,\$U_{AB1}=0\$。

  • b) 只有 \$E_4\$ 活动: 在此处输入图像描述

使用节点电压分析,我发现在这种情况下,\$U_{AB2}=-\frac{20}{3}V\$。

  • c) 只有 \$E_6\$ 活动: 在此处输入图像描述

同样,使用节点电压分析,\$U_{AB3}=-\frac{4}{3}V\$。

  • d) 只有 \$E_9\$ 活动: 在此处输入图像描述

同样,使用相同的方法,我们得到 \$U_{AB4}=-\frac{4}{3}V\$。

  • e) 只有 \$I_{g7}\$ 活动: 在此处输入图像描述

使用电流分压器,我得到:\$U_{AB5}=-2V\$。

  • f) 只有 \$I_{g2}\$ 活动: 在此处输入图像描述

这是我浪费了这么多时间的部分,我发现这个电路真的很复杂,但是,最终使用 \$R_4R_5R_{69}\$ 的 delta-wye 变换、补偿定理和节点电压分析的组合解决了它. 然后,从我得到的电路中,我计算了通过 \$R_1\$ 和 \$R_3\$ 的电流,然后我使用了补偿定理(将电阻 \$R_1\$ 替换为电压源 \$E_1=\frac{51}{ 84}I_{g2}\$ 和电阻器 \$R_2\$ 与电压源 \$E_3=\frac{33}{84}I_{g2}\$)。之后,我使用节点电压分析,最后得到 \$U_{AB6}=\frac{4}{3}I_{g2}\$。

然后,我将所有电压相加得到 \$E_T=\frac{4}{3}I_{g2}-\frac{34}{3}\$

现在,最后,等效电路如下所示: 在此处输入图像描述

而且,由于我们知道通过该电路的电流为 \$I_8=1.3mA\$,因此我们得到 \$I_{g2}=11mA\$,这是不正确的。
我希望你能在某个地方找到错误。

感谢您的时间。

3个回答

找到了!在你的 \$E_4\$ Thevenin 电压原理图中,你向后画了 \$E_4\$。正端应指向 2k 电阻。这导致了一个符号错误,导致您错误地计算了 \$I_{g7}\$ Thevenin 电压。

我在输入下面很长的答案时发现了这一点。我把它留在这里是因为 A) 我花了很多时间在上面,B) 有人可能会发现看到解决这个问题的完整过程很有帮助。


网格分析似乎比戴维宁等价物更好的选择,但让我们尝试一下......

你从来没有真正说过你认为戴维宁电压是什么。我们有 \$E_8\$、\$I_8\$ 和戴维南电阻,所以剩下一个变量:

$$\frac {E_8 - V_T} {R_T} = I_8$$ $$\frac {1 \mathrm V - V_T} {3.333 \mathrm{k\Omega}} = 1.3 \mathrm{mA}$$ $$V_T = -3.333 \mathrm V$$

使用您的公式:

$$V_T = \frac 4 3 I_{g2} - \frac {34} {3}$$

\$I_{g2}\$ 输出为 6 mA。我不明白你是如何从中获得 11 mA 的。无论如何,问题必须出在与 \$V_T\$ 和 \$I_{g2}\$ 相关的公式上。我在 CircuitLab 中模拟了每个源的戴维宁电压,并验证了你的计算是正确的。这表明您的 \$I_{g2}\$ 计算是错误的。

我认为最简单的方法是先计算 \$I_{g2}\$ 电路的戴维南电压。我选择了 \$E_8\$ 分支的右侧作为上面的正分支,所以我将在此处继续:

$$V_T = V_{T,I_{g2}} + V_{T,其他}$$ $$-3.333 \mathrm V = V_{T, I_{g2}} + 11.333 \mathrm V$$ $$V_{ T, I_{g2}} = -14.666 \mathrm V$$

现在让我们尝试求解 \$I_{g2}\$:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

现在我们可以做一些节点分析:

$$\frac {-14.666 \mathrm V - V_C} {3 \mathrm k\Omega} + \frac {-14.666 \mathrm V - V_D} {6 \mathrm k\Omega} = 0$$

$$\frac {V_C} {2 \mathrm k\Omega} + \frac {V_C - V_G} {1 \mathrm k\Omega} + \frac {V_C - -14.666 \mathrm V} {3 \mathrm k\Omega } = 0$$

$$\frac {V_D} {4 \mathrm k\Omega} + \frac {V_D - V_G} {1 \mathrm k\Omega} + \frac {V_D - -14.666 \mathrm V} {6 \mathrm k\Omega } = 0$$

这给出了 \$V_C = -13.88 \mathrm V\$、\$V_D = -16.237 \mathrm V\$ 和 \$V_G = -20.559 \mathrm V\$。现在只有一个 KVL 方程:

$$\frac {V_G - V_C} {1 \mathrm k\Omega} + \frac {V_G - V_D} {1 \mathrm k\Omega} = I_{g2}$$ $$\frac {-20.559 \mathrm V - -13.88 \mathrm V} {1000} + \frac {-20.559 \mathrm V - -16.237 \mathrm V} {1000} = I_{g2}$$

这给出了... 11 mA。

嗯。

我在模拟中确认 11 mA 确实为 A - B (-14.666 V) 提供了正确的电压。但是当我模拟整个电路时,我确认了 BartmanEH 的结果——正确答案是 1 mA。取出\$E_8\$,验证戴维宁电压为-3.333V,接上1A测试源,验证戴维宁电阻为3.333k。我用完整的电路重新运行每个源的戴维宁电压并得到:

$$V_{T,I_{g2}} = -1.333 \mathrm V$$ $$V_{T,E_1} = 0 \mathrm V$$ $$V_{T,E_4} = -6.666 \mathrm V$$ $$V_{T,E_6} = 1.333 \mathrm V$$ $$V_{T,E_9} = 1.333 \mathrm V$$ $$V_{T,I_{g7}} = 2 \mathrm V$$

正如预期的那样,将它们相加得到-3.333V。

啊哈!\$E_4\$ Thevenin 电压应该是与其余电压相反的符号。有你的错误!查看您的戴维南电压示意图,我看到 \$E_4\$ 是向后绘制的!问题解决了。

我在 TINA-TI 免费的原理图编辑器/模拟器中完成了这个: 在此处输入图像描述 然后我迭代 Ig2 直到电流表 (I8) 读数为 1.3mA,结果是 Ig2 为 -1mA(负 1 毫安),而不是你所说的 LTspice 产生的 +1mA . 看起来你输入了相反的 Ig2。

无论哪种方式,看起来 -1mA 都是正确的答案。

我认为你不能在最后一个电路中使用那个 delta-wye 转换,因为它中间有分支。但是,我尝试仅使用网格电流方程求解该电路,而使用您的其他值的最终答案仍然不是 1 mA。不过,我并没有解决整个问题,所以可能还有其他我没有发现的错误。我也可能做错了我的计算。