西门子CPU模块6ES7315-6TH13-0AB0

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在电路的求解过程中, 如果不要求计算全部支路的电压、电流，而只计算某支路的 电压、电流或功率时，应用回路(网孔)电流法和结点电压法列写方程进行求解将十分繁琐，而采用一端口网络定理即戴维南/诺顿定理求解则较简便。
　　戴维南定理指出：任何线性含源一端口网络对于外部性能来说，可以用一个电压源等效代替。其电压源的电压等于原一端口网络的开路电压Uoc，其内阻等于原一端口网络变为无源一端口网络后的入端电阻Req。应用戴维南定理的关键是求开路电压和入端电阻。
　　诺顿定理指出：任何线性含源一端口网络对于外部性能来说，可以用一个电流源等效代替。电流源的电流等于原一端口网络的短路电流Isc，其内电导Geq(或电阻Req)等于原一端口网络变为无源一端口网络后的入端电导Geq(或电阻Req)。应用诺顿定理的关键是求短路电流Isc和入端电导Geq。

1、戴维南定理

　　图1.14(a)中,电路结构和参数已给定,应用戴维南定理求电流I=？(图中电阻的单位为欧姆)。

　　分析：应用戴维南定理的关键是求出a,b两端的开路电压Uoc和入端电阻Req。Uoc等于ab两端将负载开路后的电压；Req等于将ab左边的含源二端网络变为无源二端网络时的入端电阻。 求开路电压的等效电路如图(b)所示,方法不限。本题用结点电压法。入端电阻的等效电路如(c)所示；利用图(d)求出待求量。

　方程式及结果如下：
　将负载开路,如(b)。在(b)中求ab两端的开路电压Uoc：
　[(1/R1)+(1/R2)]Uoc=(Us1/R1)+IS 代入数据, 解得 Uoc=32V
　为求入端电阻，在(b)中，将独立源置零，如(c)。则ab两端的入端电阻： Req=4+5//20=8Ω
　则戴维南等效电路如图(d)。电流 I=32/(8+2)=3.2A  

2、诺顿定理

　　图1.15(a)中,电路结构和参数已给定,用诺顿定理求电流I=？(图中电阻的单位为欧姆)。

　　分析：应用诺顿定理的关键是求出a,b两端的短路电流Isc和入端电阻Req(或电导Geq),Isc等于ab两端将负载短路时的电流如图(b)所示；Req(或电导Geq)等于将ab左边的含源二端网络变为无源二端网络时的入端电阻(或电导), 其等效电路如 (c)所示；最后利用图(d)求得待求量。

　方程式及结果如下：

 　将负载短路如(b)。在(b)中求短路电流Isc，采用结点电压法:
　Unc=[(25/5)+3]/[(1/5)+(1/20)+(1/4)]=16V
　代入数据，解得Isc=16/4=4A
　为求入端电阻，在(b)中，将独立源置零，如(c)。则ab两端的入端电阻： Req=4+5//20=8Ω
　则诺顿等效电路如图(d)。电流 I=4*[8/(8+2)]=3.2A

3、含有受控源的戴维南定理

　　图1.16(a)中,电路结构和参数已给定,求：电流I=？(电阻的单位为欧姆)。

　　分析：该电路中含有CCCS,为了求开路电压Uoc，仍须将ab支路断开如图(b)所示，用任意方法求开路电压，根据电路特点用结点电压法。当电路中有受控源时求入端电阻的方法与无受控源时不太一样。有两种方法可采用，一是除独立源后，加压求电流，入端电阻Req=u/i,如(c)所示，可用任意方法求出u/i，本题采用基尔霍夫定律。最后利用图(d)求出待求量。

　方程式及结果如下：

 　将负载开路,如(b)。在(b)中用结点电压法求开路电压Uoc，方程如下：　
　[(1/7)+(1/15)]Un=2I0+(8/7)　
　(5+10)I0=Un　　代入数据，解得　UOC=(10/15)Un=10V
　为求入端电阻，在(b)中，将独立源置零，在a,b间加电压u,如(c)。方程如下:
　U=10I0
　U=5(i-I0)+7(i-I0+2I0) 代入数据，联立解得 Req=U/i=8Ω
　则戴维南等效电路如图(d)。　Ｉ=(Uoc-US2)/(Req+R4)]=0.5A

4、戴维南定理综合题目

　 图1.17(a)中,参数已给定,求R中的电流I=？

　　分析：该电路中含有CCCS，解题思路与上一题类似，为了求开路电压Uoc仍须将ab支路断开如图(b)所示，用任意方法求开路电压。本题用网孔电流法，网孔电流如(b)红线所示。在含有受控源的电路中，求入端电阻除了采用除独立源加压求电流外，还可以用开路电压除以短路电流，即Req=Uoc/ISC求入端电阻。首先将负载短路，如(c)，其中短路电流ISC，可用任意方法求短路电流ISC。最后得到戴维南等效电路(d)，即可求I。

　方程式及结果如下：

 　　将负载开路,如(b)。求开路电压Uoc可直接利用KCL：I2=I1+0.75I1=1.75I1
在左边的网孔中：5000I1+20000I2=40 代入数据，解得 UOC=20000I2=35V
在(c)中将负载短路，求短路电流ISC:I1=40/5k=8mA 则ISC=I1+0.75I1=14mA
　Req=UOC/ISC=2.5KΩ
　图(d)中 I=35/(2.5+1)*1000=10mA

5、最大功率传输定理

　　图1.18(a)电路中,求R为何值时，负载 R 可获得最大功率，并求出Pmax。(图中未标电阻的单位为欧姆)。

　　分析：根据最大功率的传输定理，当负载电阻等于电压源的内阻时，负载可获得最大有功功率。因此本题的关键是求出该电路的戴维南等效电路。即Uoc如图(b)和Req如图(c)所示。具体计算过程和以上题目类似，计算过程中用到电阻的三角形与星形之间的转换。

　方程式及结果如下：

　首先将三个３Ω电阻等效转换成Ｙ型连接RY＝１Ω， 网孔电流 I=8/4=2A
　则：Uoc=2I=4V
　在(c)中求ab两端的入端电阻：Req=1+2//2=2欧,
　因此根据最大功率传输定理：当R=2Ω时R可获得最大有功功率

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有源二端电路N的伏安特性测试

电路如图所示，A、B端左侧的电路是一给定的有源二端电路N，其伏安特性的测量同实验一（通过改变负载测得）。数据填入表1中。注意：接线应该‘先串后并’，且接线或换接电路时均不能带电操作。

在表1中，当 时，电压表所测数据就是有源二端电路N的开路电压，记为，当时，电流表所测数据就是有源二端电路N的短路电流，记为，根据这两个数据可计算出 （）。

表1    计算： 

（2）戴等效电路的伏安特性测试

电路如图2-3所示，A、B端左侧的电路是图2-2电路N的戴等效电路，根据戴定理，，所以将图2-3中的调节成表1中所测的的大小，将调节成的大小，测量出等效电路的伏安特性，数据填入表2中。

表2     

比较上面测得的图2-2和图2-3两个二端电路的伏安特性，根据它们是否在误差范围内相同，从而得出戴定理是否成立的结论。

2.  叠加定理的验证

电压源和电流源共同作用的电路如图2-4所示。测出电压表和电流表的读数记录在表2-3中。然后将电流源拆除，断开原连接处，测量单独作用时，电压表和电流表的读数，记录在表2-3中。最后将电压源拆除，短接原连接处，重新接上电流源，测量单独作用时，电压表和电流表的读数，记录在表2-3中。

表2-3

若时间允许，同学们也可以自己设计电路测试戴定理，叠加定理的正确性。

注意：由于要测二端电路N的开路电压和短路电流，所以，所设计的二端电路N必须能允许开路、短路的情况发生。且要求先理论计算，再实际测量