西門子CPU模塊6ES7317-2AK14-0AB0

替代定理（substitution theorem ）

如果已知電路中第 k 條支路的電壓 uk 和電流 ik ，那么無論該條支路是由何種元件構(gòu)成的,，它都可以用電壓等于 uk 的理想電壓源或電流等于 ik 的理想電流源去替代,，替代之后，電路中其他支路的電壓和電流均不變,。

推 論：如果第 k 條支路的電壓 uk 等于 0 ,，那么該支路可用一條短路線去替代；如果第 k 條支路的電流 ik 等于 0 ,，那么該支路可用一對斷開的節(jié)點去替代,。

例 4.2-1 圖 4.2-2 （ a ）所示電路為電橋電路,，當通過電阻 Rg 的電流 Ig=0 時，電橋達到平衡,。 Us=4.5V ,， R1=1K Ω， R2=10K Ω,， R3 為可變電阻,， R4 為被測電阻，現(xiàn)調(diào)節(jié)電阻 R3 ,，當 R3=0.5K Ω時 , 電橋達到平衡,。求被測電阻 R4 及電壓源供出的電流 I 。

解：當電橋平衡時,， ,，則 Rg 電阻上的電壓 。由于 ,，根據(jù)替代定理,， ab 支路可用一條短路線替代，如圖 4.2-2 （ b ）所示,。顯然,，

，

即

又由于 ,，根據(jù)替代定理,， ab 支路可用一對斷開的節(jié)點替代，如圖 4.2-2 （ c ）所示,。則

所以,，

上面兩式相除，得

因此,，被測電阻為

再由圖 4.2-2 （ b ）,，得電橋平衡時， c ,、 d 兩端的等效電阻為

Rcd= （ R1 ∥ R2 ） + （ R3 ∥ R4 ） = （ 1K ∥ 10K ） + （ 0.5K ∥ 5K ） =1.364K Ω

所以，平衡時電壓源供出的電流

注 意：替代定理對于線性電路和非線性電路都是成立的

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一階電路零輸入響應(yīng)的計算
 

計算步驟

1 ,、畫出 時刻的等效電路,。這時電路已達到穩(wěn)態(tài)，在直流激勵作用時,，將電容當作開路,，將電感當作短路，求出 或 ,，并根據(jù)換路定則,，求得電路的初始狀態(tài),。若需要計算電路中其它響應(yīng)，再根據(jù)初始狀態(tài)計算這些響應(yīng)的初始值,。

2 ,、求電路的時間常數(shù)τ。對于 RC 電路,， ,，對于 RL 電路， ,。其中,， R 為從電容 C 或電感 L 兩端看進去的戴維南等效電阻。

3 ,、求出零輸入響應(yīng) 

例 5.3-1 圖 5.3-5 （ a ）所示電路中,，開關(guān)原來處于位置 1 ，且電路已處于穩(wěn)態(tài),， t=0 時刻開關(guān) S 撥到位置 2 ,，求 時的 ， 和 ,。

解： 1. 求初始值 ,， 和 

作出電路換路前 時刻的等效電路，如圖 5.3-5 （ b ）所示,，這時電路處于穩(wěn)態(tài),，電容相當于開路，并由換路定則得

時刻的等效電路如圖 5.3-5 （ c ）所示,，兩個 100 K Ω的電阻并聯(lián),，所以

2 ．求時間常數(shù)τ

圖 5.3-5 （ c ）電路中無外加激勵，只有電容的初始電壓通過兩個電阻放電,，因此,，產(chǎn)生的響應(yīng)為零輸入響應(yīng)。這時,，從電容兩端看進去的戴維南等效電阻是兩個 100 K Ω的電阻并聯(lián),，所以R=100K ∥ 100K=50K Ω

則時間常數(shù)為

3 ．電路換路后 時的響應(yīng)為

一、網(wǎng)孔電流方程

出發(fā)點
進一步減少方程數(shù),，用未知的網(wǎng)孔電流代替未知的支路電流來建立方程,。

圖3.3-1所示電路，共有n=4個節(jié)點,，b=6條支路（把電壓源和電阻串聯(lián)的電路看成一條支路）,。顯然，獨立的網(wǎng)孔數(shù)為b－n＋1=3個。

1,、網(wǎng)孔電流

設(shè)想每個網(wǎng)孔中有一個假想的電流沿著構(gòu)成該網(wǎng)孔的各條支路循環(huán)流動,，把這一假想的電流稱為網(wǎng)孔電流（mesh current），如圖3.3-1中的分別表示網(wǎng)孔a,、b,、c的網(wǎng)孔電流。電路中各支路電流就可以用網(wǎng)孔電流表示

結(jié) 論：用3個網(wǎng)孔電流表示了6個支路電流,。進一步減少了方程數(shù),。

2、網(wǎng)孔電流方程

根據(jù)KVL,，可得圖3.3-1電路的網(wǎng)孔電流方程

自電阻（self resistance）是各網(wǎng)孔中所有支路電阻之和,，互電阻（mutual resistance）是兩個相鄰網(wǎng)孔之間的共有電阻。第二項前的正負號由相鄰網(wǎng)孔電流與本網(wǎng)孔電流在互電阻上流過的方向是否一致來決定,，若一致取正號,；反之取負號。

網(wǎng)孔電流法分析電路的一般步驟
確定電路中的網(wǎng)孔數(shù),，并設(shè)定各網(wǎng)孔電流的符號及方向,。按常規(guī)，網(wǎng)孔電流都取順時針或逆時針方向,。列寫網(wǎng)孔電流方程,，并求解方程，求得各網(wǎng)孔電流,。由求得的網(wǎng)孔電流,，再求其他的電路變量，如支路電流,、電壓等,。

例3.3-1 圖3.3-1所示電路中，已知us1=21V,，us2=14V,，us3=6V，us4=us5=2V,，R1=3Ω,，R2=2Ω，R3=3Ω,，R4=1Ω,，R5=6Ω，R6=2Ω,，求各支路電流,。

解：1. 電路的網(wǎng)孔為3個。設(shè)定3個網(wǎng)孔電流的符號及方向如圖3.3-1所示,。
2．列寫網(wǎng)孔方程
網(wǎng)孔a： 
網(wǎng)孔b： 
網(wǎng)孔c： 
代入?yún)?shù),，并整理，得

解得網(wǎng)孔電流為： 
3．由網(wǎng)孔電流求各支路電流

2,、全歐姆定律
只有一個網(wǎng)孔的電路,，稱為單回路電路（single loop circuit）。對于單回路電路,，有全歐姆定律,。
全歐姆定律：對于單回路電路，回路電流i等于沿回路電流方向的所有電壓源的電壓升的代數(shù)和除以回路中所有電阻之和,。

二,、含有電流源的電路

1、有伴電流源

結(jié) 論：如果電路中的電流源是有伴電流源,，將有伴電流源等效成有伴電壓源,。

方法一 把電流源當電壓源處理
設(shè)定電流源兩端的電壓，列寫網(wǎng)孔方程,，利用電流源的電流與網(wǎng)孔電流之間的關(guān)系再補充一個方程,。

2、無伴電流源
電流源處于邊界支路上
結(jié) 論：電流源所在網(wǎng)孔的網(wǎng)孔電流即為電流源的電流,，因此可以少列一個網(wǎng)孔方程,。

例3.3-2 圖3.3-2所示電路中，試用網(wǎng)孔電流法求流過3Ω電阻的電流I1,。

解：電路中含有一個2A電流源,，處于網(wǎng)孔a的邊界支路上。取順時針方向為各網(wǎng)孔電流的方向,，則
 （1）
因此,，只需列寫兩個網(wǎng)孔方程，
網(wǎng)孔b：  （2）
網(wǎng)孔c：  （3）
經(jīng)整理后,，得

解得網(wǎng)孔電流為： 
所以,，流過3Ω電阻的電流為

2）電流源處于相鄰網(wǎng)孔的公共支路上

例3.3-3 電路如圖3.3-3所示，試用網(wǎng)孔電流法求各網(wǎng)孔電流,。

解：電路中的1A電流源處于網(wǎng)孔a,、b的公共支路上。設(shè)它的兩端電壓為U,，并將它當作電壓源看待,，列寫網(wǎng)孔方程，
網(wǎng)孔a：  （1）
網(wǎng)孔b：  （2）
網(wǎng)孔c：  （3）
補充方程：  （4）
整理后得

解上述方程組,，得網(wǎng)孔電流為

方法二 超網(wǎng)孔（super mesh）方法
把以電流源為公共支路的兩個網(wǎng)孔當作一個超網(wǎng)孔處理,，使電流源所在支路不出現(xiàn)在超網(wǎng)孔的支路中,。
注 意：列寫超網(wǎng)孔方程時，由于電流源與1Ω電阻串聯(lián)的支路沒有出現(xiàn)在超網(wǎng)孔中,，所以,，這條電流源支路不應(yīng)計算進去。

利用超網(wǎng)孔的方法計算例3.3-3,。

對超網(wǎng)孔：  （1）
對網(wǎng)孔c：  （2）
補充方程：  （3）
整理后得,，

解方程組，得網(wǎng)孔電流為

三,、含有受控源電路
 

思 路：把受控源當獨立源看待,。當然，如果受控源的控制量不是網(wǎng)孔電流,，應(yīng)再補充一個能反映控制量與某網(wǎng)孔電流之間關(guān)系的方程式,。

例3.3-4 電路如圖3.3-4所示，試網(wǎng)孔電流法求受控源發(fā)出的功率,。

解：電路中有一個受控電流源,，而且是無伴電流源，設(shè)其兩端電壓為U1,，把它當獨立的電壓源看待,。
設(shè)3個網(wǎng)孔的網(wǎng)孔電流分別為，其方向均為順時針方向,，如圖3.3-5所示,，列寫網(wǎng)孔方程，
網(wǎng)孔a：  （1）
網(wǎng)孔b：  （2）
網(wǎng)孔c：  （3）
補充方程：  （4）
 （5）
以上5個方程聯(lián)立求解,，得


受控源的電流為 
所以,，受控源發(fā)出功率為