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作為線性系統(包含線性電路)基本的性質——線性性質,它包含可加性與齊次性兩方面。疊加定理就是可加性的反映,它是線性電路的一個重要定理。齊次性,簡而言之就是輸入函數增大多少倍,響應函數也會伴隨著相同倍數的增大。
所以,大家要注意,疊加定理是只適用于線性電路的。線性電路是指*由線性元件、獨立源或線性受控源構成的電路。說到線性元件,不得不給大家說一下線性電阻,它就是線性元件,我們這次的學習也是基于線性電阻電路來講解的。受控源在之后的學習分享中再進行詳解。線性電阻,簡單來說,就是阻值不會隨電壓和電流的變化而變化,例如在溫度不變的情況下,金屬電阻元件的兩端電壓同電流的關系就可以認為是線性的,它的伏安特性曲線是通過坐標原點的直線。
說那么多,其實目的就是要告訴大家,學習是無止境的,所謂學海無涯,希望大家能跟上我的步伐,把曹老師的《電工基礎》給吃透。那么,我們進入這次的主題:疊加原理。
疊加原理又稱疊加定理,在線性電路中,當有兩個或兩個以上的獨立電源作用時,則任意支路的電流或電壓,都可以認為是電路中各個電源單獨作用而其他電源不作用時,在該支路中產生的各電流分量或電壓分量的代數和。
隨著《電工基礎》這門課的深入學習,它的內容也是越發難以理解。而且它的知識點一般都是連貫的,也就是說,若你前面所學的沒弄懂,那么后面的知識你就會學得越難。
學得快并不能說明學得好,我在之前就提到過很多次,對于基礎知識的掌握,離不開習題的試煉。也許有的人說,不知道在哪找習題做,簡單,你在原有的習題上練多幾次,提升解題速度也不失為一種好方法。
另外,很多時候,我們并不是學會了就完事的,而是要學以致用,好是能做到舉一反三,例如基爾霍夫電流定律(KCL),我們學會之后就能應用到實際中,用來判斷漏電保護器的接線正確與否、用來解釋鉗形電流表把火零線夾在一起時示數為零的原因等。
從圖16-5中我們可以看到,線性電阻在任意工作狀態點,其電壓與電流的比值是不變的。而對于非線性電阻,我們把非線性電阻元件在某一工作狀態下(如圖16-5中的Q點)的靜態電阻R等于該點的電壓值u與電流i之比;非線性電阻元件在某一工作狀態下(如圖16-5中的Q點)的動態電阻Rd等于該點的電壓對電流的導數值。
簡單來說,靜態電阻就是直接拿該點的電壓除以電流;而動態電阻就是伏安特性曲線在該點的斜率。
學到這里,我相信大家對非線性電阻已經有了一定的理解,在《電工基礎》的課程中,曹老師也講了一下對于非線性電阻電路的圖解法,當然,前提是已知非線性電阻的伏安特性曲線,如下圖16-6所示,主要有一下幾步:
上圖16-4左邊是線性電阻的伏安特性與圖形符號;右邊是二極管的伏安特性與圖形符號,二極管兩端的電壓與所流過的電流是非線性關系。
非線性的影響因素是多樣的,例如,若非線性電阻元件兩端的電壓是其電流的單值函數,這種電阻就稱為電流控制型電阻;而像PN結二極管電阻的非線性屬于單調型的,即其伏安特性是單調增長或單調下降的,如圖16-4所示,它同時是電流控制又是電壓控制的。
在工程中,為了計算上的需要,對于非線性電阻元件有時引用靜態電阻和動態電阻的概念,我們以圖16-5為例進行分析。
實際電路元件的參數總是或多或少地隨著電壓或電流而變化。所以,嚴格說來,一切實際電路都是非線性電路。在工程計算中,將那些非線性程度比較微弱的電路元件作為線性元件來處理。但是,許多非線性元件的非線性特征不容忽略。例如在電子電路中的二極管,其兩端所加的電壓與流過它的電流就是非線性的,它不能用歐姆定律來表示。
其他幾點在這里就不作詳細講解,大家私下可自行嘗試分析。接下來,我們繼續學習非線性電阻的知識。和受控電源一樣,我們還是來理清一下概念。
線性電阻:電阻兩端的電壓與通過的電流成正比。線性電阻值為一常數。
非線性電阻:電阻兩端的電壓與通過的電流不成正比。線性電阻值不是常數。
關于線性電阻,在之前的學習分享中也已經學習過了,一般情況下,實際生活中的電阻器、白熾燈、電爐等在電路中的模型都可以用二端線性電阻元件表示。線性電阻元件的伏安特性可以用歐姆定律來表示。
受控電壓源和電阻串聯組合與受控電流源和電阻并聯組合之間,像獨立電源一樣可以進行等效變換。但在變換過程中,必須保留控制變量的所在支路。
(2)應用網絡方程法分析計算含受控源的電路時,受控源按獨立源一樣對待和處理,但在網絡方程中,要將受控源的控制量用電路變量來表示。即在節點方程中,受控源的控制量用節點電壓表示;在網孔方程中,受控源的控制量用網孔電流表示。
(3)用疊加定理求每個獨立源單獨作用下的響應時,受控源要像電阻那樣全部保留。同樣,用戴維南定理求網絡除源后的等效電阻時,受控源也要全部保留。
(4)含受控源的二端電阻網絡,其等效電阻可能為負值,這表明該網絡向外部電路發出能量。西門子PLC CPU ET200模塊西門子PLC CPU ET200模塊