问答题 如图所示的电路,N R 是不含独立源的线性电阻电路,其中电阻R 1 可变。已知:当u S =12V,R 1 =0时,i 1 =5A,i R =4A;当u S =18V,R 1 =∞时,u 1 =5A,i R =1A。求当u S =6V,R 1 =3Ω时的i R
【正确答案】
【答案解析】解:利用题中的已知条件分析,求解本题需要采取以下几个步骤:
(1)根据替代定理用独立电流源i 1 替代R 1 支路,如图(a)所示。当R 1 变化时,i 1 也变化;R i 开路(R 1 =∞),相当于i 1 =0。
(2)利用线性性质——齐次定理和叠加定理,从图(b)所示的电路看,这时电路有u S 和i 1 两个独立电压源,因此可设i R =au S +bi 1

分别将题中的前两个已知条件代入上式中,得出:

解方程组得:

可知,只要求出u S =6V,R 1 =3Ω时的i 1 的值,就能求出i R 的值。
(3)利用戴维南定理和诺顿定理求出当u S =6V,R 1 =3Ω时的电路i 1 的值。在图(a)中,将R 1 支路看做待求支路,将除此之外的部分当做一个有源一端口电路。
1)计算出当u S =6V时的短路电流i SC 的值。在图(a)中,把R 1 短路,即R 1 =0,此时i 1 =i SC 。在u S 单独作用时,根据齐次定理可得:
i 1 =i SC =cu S
把第一个已知条件代入i 1 =i SC =cu S 式中,即当u S =12V,R 1 短路(R 1 =0),i 1 =i SC =5A时,可得出:

故当u S =6V,R 1 短路(R 1 =0),则有:

2)计算出当u S =6V时开路电压u OC 的值。在图(a)中,把R 1 开路,即R 1 =∞,此时u 1 =u OC 。在u S 单独作用时,根据齐次定理可得:
u 1 =u OC =du S
把第二个已知条件代入u 1 =u OC =du S 式中,即当u S =18V,R 1 开路,u 1 =u OC =15V时,可得出:

故当u S =6V,R 1 开路(R 1 =∞)时,则有:

依据开路和短路法,得戴维南等效电阻为:
R 0 =u OC /i SC =5/2.5=2Ω
3)计算出当u S =6V,R 1 =3Ω时的电路i 1 的值。根据上述的分析和解答,可以画出戴维南等效电路,如图(c)所示。由R 1 =3Ω可得:

由于在前面已经得出: 。因此,u S =6V和上式求得的电路i 1 的值直接代入关系式 中,即可得到当u S =6V,R 1 =3Ω时的电路i R 的值为: