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諾頓定理

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任何只包含電壓源、電流源及電阻的黑箱系統,都可以轉換成諾頓等效電路.

諾頓定理(英語:Norton's theorem)指的是一個由電壓源電阻所組成的具有兩個端點的電路系統,都可以在電路上等效於由一個理想電流源I與一個電阻R並聯的電路。對於單頻的交流系統,此定理不只適用於電阻,亦可適用於廣義的阻抗諾頓等效電路用來描述線性電源與阻抗在某個頻率下的等效電路,由一個理想電流源與一個理想阻抗並聯組成。

諾頓定理是戴维南定理的延伸,於1926年由西門子公司研究員汉斯·费迪南德·迈尔(Hans Ferdinand Mayer,1895—1980)和貝爾實驗室工程師爱德华·劳里·诺顿(1898—1983)分別提出。實際上只有迈尔在此課題上發表過論文,但諾頓只在貝爾實驗室內部用的一份技術報告上提及過他的發現。

諾頓等效電路的計算

要計算出等效電路,需:

  1. 在AB兩端短路(亦即負載電阻為零)的狀況下計算輸出電流IAB。此為INO
  2. 在AB兩端開路(在沒有任何往外電流輸出,亦即當AB點之間的阻抗無限大)的狀況下計算輸出電壓VAB,此時RNo等於VAB除以INO
  • 此等效電路是由一個獨立電流INO與一個電阻RNO並聯所組成。

其中的第2項也可以考慮成:

  • 2a.將原始電路系統中的獨立電壓源以短路取代,而且將獨立電流源以開路取代。
  • 2b.若電路系統中沒有非獨立電源的話,則RNo為移走所有獨立電源後的電阻*

*注意:判斷諾頓阻抗大小時,一個更普遍的方法是把電流源連接到電流為一安培的輸出終端,並計算終端的電壓。當電源為非獨立時,這個方法是一定要用的。本法並沒有在下圖中出現。

轉換至戴維寧等效電路

右圖中,左邊是諾頓等效電路,右邊是戴維寧等效電路,可用下列方程式將諾頓等效電路轉換成戴維寧等效電路:

其中分別代表戴維寧等效電阻、諾頓等效電阻、戴維寧等效獨立電壓源以及諾頓獨立電流源。

諾頓等效電路的範例

步驟0:原始電路
步驟1:計算等效輸出電流
步驟2:計算等效電阻
步驟3:轉換成等效電路

在此範例中,先將A、B兩點短路,整體電流可以寫成:

利用電流的分流原則,從流過負載的電流為:

再把電壓源用短路來取代,從系統開口兩端往裡看的等效阻抗為:

因此,等效電路則是由一個3.75 mA的電流源並聯一個2KΩ的電阻所組成。

參見

参考资料

外部連結