直流電路分析:歐姆與克希荷夫定律

戴維寧定理

/ TEH-vuh-nan /

戴維寧定理是電路理論中最令人解脫的想法之一。它說:不管一個線性的雙端網路內部多複雜,塞了多少電阻與電源,從它的兩個輸出端看進去,它的行為完全等同於「一個電壓源串聯一個電阻」。整個雜亂的盒子化簡成兩個數字:一個戴維寧電壓和一個戴維寧電阻。

你用兩次量測或計算找出這兩個數字。戴維寧電壓 Vth 是開路電壓,也就是端子上什麼都不接時量到的電壓。戴維寧電阻 Rth 是把所有內部電源關掉後,從端子看進去的電阻,這表示把每個電壓源換成導線(短路)、每個電流源換成缺口(開路)。例如 9 V 電源供給 10 kohm 與 5 kohm 分壓器,分壓點的 Vth = 3 V,而 Rth 是 10 kohm 並聯 5 kohm,約 3.3 kohm。

這在實務上威力驚人。一旦你把複雜的電源網路塌縮成它的戴維寧對,預測接上任何負載會發生什麼就變得輕而易舉:那不過是 Rth 與負載之間的一個分壓器。它是談論電源強度、輸出電阻與負載效應的自然語言,而且你可以換上換下不同負載,不必重新解整個電路。唯一的界線是網路必須是線性的,由電阻與理想電源組成,而不是處於彎曲區的二極體或電晶體。

9 V 電源配 10 kohm 與 5 kohm 分壓器,得 Vth = 3 V、Rth = 10k 並聯 5k = 3.33 kohm。掛上 3.3 kohm 負載,輸出降到 3 times 3.3/(3.33 + 3.3) = 1.49 V,由戴維寧模型立刻預測出來。

任何線性雙端盒子都塌縮成一個電源加一個電阻,使負載效應的預測變得輕而易舉。

戴維寧定理只適用於線性網路。求 Rth 時把電源歸零,是「電壓源短路、電流源開路」,絕不可弄反。

又称
Thevenin equivalent戴維寧等效電路