Trong ba hướng dẫn trước, chúng ta đã xem xét việc giải quyết các mạch điện phức tạp bằng cách sử dụng Định luật mạch Kirchhoff, phương pháp dòng điện mạch vòng và cuối cùng là Phương pháp điện thế nút. Nhưng có nhiều “Định lý phân tích mạch” khác để lựa chọn, từ đó có thể tính toán dòng điện và điện áp tại bất kỳ điểm nào trong mạch. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ xem xét một trong những định lý phân tích mạch phổ biến hơn (Kirchhoff) đã được phát triển là Định lý Thevenin .
Định lý Thevenin phát biểu rằng ” Bất kỳ mạch tuyến tính nào có chứa một số điện áp và điện trở có thể được thay thế bằng chỉ một điện áp duy nhất mắc nối tiếp với một điện trở duy nhất được nối qua tải “. Nói cách khác, có thể đơn giản hóa bất kỳ mạch điện nào, dù phức tạp đến đâu, thành một mạch hai đầu tương đương chỉ với một nguồn điện áp không đổi duy nhất mắc nối tiếp có điện trở (hoặc trở kháng) được nối với tải như hình dưới đây.
Định lý Thevenin đặc biệt hữu ích trong phân tích mạch của hệ thống nguồn hoặc pin và các mạch điện trở được kết nối với nhau mà nó sẽ có ảnh hưởng đến phần tiếp giáp của mạch.
Mạch tương đương Định lý Thevenin
Theo như tải điện trở R L, bất kỳ điều gì phức tạp từ “một cổng” hay các mạng bao gồm nhiều yếu tố mạch và các nguồn năng lượng điện trở có thể được thay thế bằng một kháng tương đương đơn Rs và một điện áp tương đương đơn Vs . Rs là giá trị điện trở của nguồn và Vs là điện áp hở mạch ở hai đầu mạch.
Ví dụ, hãy xem xét mạch từ các hướng dẫn trước.
Đầu tiên, để phân tích mạch, chúng ta phải loại bỏ điện trở tải trung tâm 40Ω được kết nối qua các đầu cuối AB và loại bỏ bất kỳ điện trở bên trong nào liên quan đến (các) nguồn điện áp. Điều này được thực hiện bằng cách rút ngắn tất cả các nguồn điện áp được kết nối với mạch, đó là v = 0 , hoặc mở mạch bất kỳ nguồn dòng điện được kết nối nào làm cho i = 0 . Lý do là chúng ta muốn có một nguồn điện áp lý tưởng hoặc một nguồn dòng điện lý tưởng để phân tích mạch.
Giá trị của điện trở tương đương, Rs được tìm thấy bằng cách tính tổng điện trở khi nhìn lại từ đầu A và B khi tất cả các nguồn điện áp bị ngắn mạch. Sau đó chúng tôi nhận được mạch sau.
Tìm điện trở tương đương (Rs)
Hiệu điện thế Vs được định nghĩa là tổng hiệu điện thế trên hai đầu A và B khi có mạch hở giữa chúng. Đó là không có điện trở tải R L được kết nối.
Tìm điện áp tương đương (Vs)
Bây giờ chúng ta cần nối lại hai điện áp vào mạch và khi V S = V AB , dòng điện chạy quanh vòng được tính như sau:
Dòng điện 0,33 ampe (330mA) này là chung cho cả hai điện trở nên điện áp rơi trên điện trở 20Ω hoặc điện trở 10Ω có thể được tính như sau:
V AB = 20 – (20Ω x 0,33 ampe) = 13,33 vôn.
hoặc là
V AB = 10 + (10Ω x 0,33 ampe) = 13,33 vôn , như nhau.
Sau đó, mạch Tương đương Thevenin sẽ bao gồm hoặc một điện trở nối tiếp là 6,67Ω và nguồn điện áp 13,33v . Với điện trở 40Ω được nối lại vào mạch, chúng ta nhận được:
và từ đó dòng điện chạy quanh mạch được cho là:
một lần nữa, là cùng một giá trị 0,286 amps , chúng tôi đã tìm thấy bằng cách sử dụng luật mạch Kirchhoff trong hướng dẫn phân tích mạch trước đó.
Định lý Thevenin có thể được sử dụng như một loại phương pháp phân tích mạch khác và đặc biệt hữu ích trong việc phân tích các mạch phức tạp bao gồm một hoặc nhiều nguồn điện áp hoặc dòng điện và các điện trở được sắp xếp theo kiểu mắc nối tiếp và song song thông thường.
Trong khi định lý mạch của Thevenin có thể được mô tả bằng toán học về dòng điện và điện áp, nó không mạnh bằng Phân tích dòng điện lưới hoặc Phân tích điện áp Nodal trong các mạng lớn hơn vì việc sử dụng phân tích Mesh hoặc Nodal thường là cần thiết trong bất kỳ bài tập nào của Thevenin, vì vậy nó có thể cũng như được sử dụng ngay từ đầu. Tuy nhiên, các mạch tương đương của Thevenin gồm Bóng bán dẫn, Nguồn điện áp như pin, v.v., rất hữu ích trong thiết kế mạch.
Tóm tắt định lý Thevenin
Ở đây chúng ta đã thấy rằng định lý Thevenin là một loại công cụ phân tích mạch khác có thể được sử dụng để giảm bất kỳ mạng điện phức tạp nào thành một mạch đơn giản gồm một nguồn điện áp duy nhất, Vs mắc nối tiếp với một điện trở duy nhất, Rs .
Khi nhìn lại từ các cực A và B , mạch đơn này hoạt động theo cách điện giống hệt như mạch phức mà nó thay thế. Đó là các mối quan hệ iv tại các đầu cuối AB là giống hệt nhau.
Quy trình cơ bản để giải một mạch bằng Định lý Thevenin như sau:
- 1. Loại bỏ điện trở tải R L hoặc thành phần liên quan.
- 2. Tìm R S bằng cách nối tắt tất cả các nguồn điện áp hoặc bằng cách nối tiếp tất cả các nguồn dòng điện.
- 3. Tìm V S bằng các phương pháp phân tích mạch điện thông thường.
- 4. Tìm dòng điện chảy qua các tải điện trở R L .
Trong hướng dẫn tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét Định lý Nortons cho phép một mạng bao gồm điện trở tuyến tính và nguồn được biểu diễn bằng một mạch tương đương với một nguồn dòng song song với một điện trở nguồn duy nhất.
