为什么叠加定理在这里失败了?

电器工程 电路分析 叠加
2022-01-20 03:55:40

我有一个简单的电路,由 2 个与 5 欧姆电阻并联的理想电压源(每个 5V)组成。电阻上的电流是1A,对吧?但是通过应用叠加原理(即考虑个别来源),我没有得到这个结果。我做错了什么吗?

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4个回答

具有两个并联电压源的理想电路会导致矛盾,除非它们相等并且可以简单地用一个电压源代替。注意电位φ1φ2在您的电路中必须相等,因为它们之间没有任何类型的阻抗,理想的电压源也没有任何内部电阻:

三等电位理想电路

幸运的是,在您的情况下,这些电源产生相同的电压,因此最简单的做法是简单地将其中一个从电路中移除。如果你有两个不同电压的理想源并联,那将导致矛盾。

在实际电路中,并联两个源会导致电路的电阻非常小,但它们之间的电阻仍然非零,这将导致其中一个源(电压略低的那个)实际上吸收电流,但通过5欧姆电阻的电流仅取决于正确电源的电压。

如果你想输入一些实际的数字,你可以尝试这样的事情:

源间电阻非零的真实电路

请注意,如果源再次是理想的并且具有完全相等的电压,则仍然没有电流流过它们之间的微小电阻,但是您应该能够应用叠加原理。

对于这样的电路,网状电流方法应该提供最简单的解决方案,并表明通过电阻器的电流仅取决于正确的来源。

为什么叠加定理在这里失败了?

为了正确应用叠加,除一个源以外的所有电路都归零的电路必须是一致的,即必须存在解。这不是这里的情况。如果将任一电压源归零,KVL 给出:

5V=0V

这是一个矛盾。

但是,同样重要的是要认识到,无论有多少额外的电源和电路元件与电阻端子并联,只要电路是一致的,电阻就只能“看到”一个5V 电压源;电压源固定​​电阻两端的电压(以及通过它的电流)。

关键是最左边的源可以从电路中移除,从电阻器的角度来看,没有变化。

您必须使用非理想电压源解决此问题。这是使用两个具有相同电压V且内部电阻r 1r 2在负载R上并联的非理想电压源的问题的通用解决方案(参见下图(a))。我们求解来自第一个电压源的部分电流I 1R(见图(b))和来自第二个电压源的部分电流I 2R(见图(c)),并将部分电流加在一起获得通过负载的总电流I R

叠加解决方案

请注意,正如 Alfred Centauri 指出的那样,这是可行的,因为这种方法不违反 KVL。

让我们仔细看看我们得出的解决方案。我们计算得出

解方程

现在,由于r 1r 2是正的,并且注意到当每个电阻都变为零时,并联电阻变为零

并联电阻限制

我们可以得出结论,通过电阻器的电流接近

理想答案

由于电压源接近理想。

在这个电路中,你不能应用叠加定理。尽管您已经连接了 2 个或 n 个相同 5V 电位的电源,但电阻器端子上的电压仅为 5V。此外,由两个或多个理想源(即内阻为零)相互并联组成的电路是不稳定的;因为两个端子之间的电压必须相同。

叠加不是计算通过电路的电流的终极定理。这只是一个遵循基本逻辑来查找响应的标准程序。