诺顿定理( Norton 's theorem)指含独立源的线性 电阻 单口网络N,就端口特性而言,可以等效为一个 电流源 和电阻的并联。电流源的电流等于单口网络从外部 短路 时的端口电流isc;电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻。
定义
诺顿定理 (Norton's theorem)指的是一个由电压源及电阻所组成的具有两个端点的电路系统,都可以在电路上等效于由一个理想电流源 I 与一个电阻 R 并联的电路。对于单频的交流系统,此 定理 不只适用于 电阻 ,亦可适用于广义的 阻抗 。 诺顿 等效电路 是用来描述线性电源与阻抗在某个频率下的等效电路,此等效电路是由一个理想 电流源 与一个理想阻抗并联所组成的。
诺顿定理是戴维宁定理的一个延伸,于1926年由两人分别提出,他们分别是 西门子股份公司 研究员汉斯·梅耶尔(1895年-1980年)及贝尔实验室工程师爱德华·劳笠·诺顿(1898-1983)。实际上梅耶尔是两人中唯一有在这课题上发表过论文的人,但诺顿只在贝尔实验室内部用的一份技术报告上提及过他的发现。
简介
诺顿 定理 与 戴维南定理 互为对偶的定理。定理指出,一个含有独立电源线性二端网络N(图1a), 就其外部状态而言,可以用一个独立 电流源 和一个松弛二端网络 的并联组合来等效(图1b)。其中, 是网络N的 短路 电流,松弛网络 是将网络 N中的全部独立电源和所有动态元件上的 初始条件 置零后得到的网络。上述并联组合称为 诺顿 等效网络。在复 频域 中等效网络由电流源 I sc和 映射 阻抗 并联而成(图2)。 是短路电流的 拉普拉斯变换 , 是松弛网络 的入端(策动点)导纳。另外,还能导出网络N用于 正弦曲线 稳态 分析和直流分板的等效网络。
求 等效电路 的关键是求出网络N的短路电流和网络 的入端(策动点)导纳。它们均可通过电子 计算机 求得。
称为 短路 电流。 称为诺顿 电阻 ,也称为输入电阻或 输出电阻 。 电流源 和电阻 的并联单口,称为单口网络的诺顿等效电路。在端口电压电流采用关联参考方向时,单口的VCR 方程 可表示为
诺顿定理和 戴维南定理 是最常用的电路简化方法。由于戴维南 定理 和诺顿定理都是将有源二端网络等效为电源支路,所以统称为等效电源定理或等效 发电机 定理。
证明
在单口网络端口上外加电压源 u ,根据叠加定理,端口电压可以分为两部分组成。分别求出外加电压源单独产生的电流 和单口网络内全部独立源产生的电流 ,然后相加得到端口电压电流关系式:
注意事项
(1)诺顿定理只对外电路等效,对内电路不等效。也就是说,不可应用该 定理 求出等效电源 电动势 和内阻之后,又返回来求原电路(即有源二端网络内部电路)的电流和功率。
(2)应用诺顿定理进行分析和计算时,如果待求支路后的有源二端网络仍为复杂电路,可再次运用诺顿定理,直至成为简单电路。
(3)诺顿定理只适用于线性的有源二端网络。如果有源二端网络中含有 非线性元件 时,则不能应用诺顿定理求解。
诺顿等效电路的计算
任何只包含电压源、 电流源 及 电阻 的 黑箱 系统,都可以转换成诺顿等效电路
要计算出等效电路,需:
在AB两端 短路 (亦即 负载电阻 为零)的状况下计算输出电流 。此为 。
在AB两端开路(在没有任何往外电流输出,亦即当AB点之间的 阻抗 无限大)的状况下计算输出电压 ,此时 等于 除以 。
• 此等效电路是由一个独立电流 与一个电阻 并联所组成。
其中的第2项也可以考虑成:
• 2a.将原始电路系统中的独立电压源以短路取代,而且将独立 电流源 以开路取代。
• 2b.若电路系统中没有非独立电源的话,则 为移走所有独立电源后的 电阻 *。
转换
• 左边是 诺顿 等效电路 ,右边是戴维宁等效电路,可用下列方程将诺顿等效电路转换成戴维宁等效电路:
其中 及 分别代表戴维宁等效电阻、诺顿等效电阻、戴维宁等效独立电压源以及诺顿独立 电流源 。
诺顿等效电路的范例
在此范例中,先将 两点 短路 ,整体电流 可以写成:
利用电流的分流原则,从 流过负载的电流 为: