諾頓定理

系統,都可以轉換成諾頓等效電路.]]
諾頓定理()指的是一個由电流源、電壓源及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:

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。

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:
:R_{Th} = R_{No} \!
:V_{Th} = I_{No} R_{No} \!
:\frac{V_{Th}}{R_{Th}} = I_{No}\!
其中R_{th}、 R_{No}、 V_{th}及 I_{No} 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
在此範例中,先將A、B兩點短路,整體電流\boldsymbol{I_{total}} 可以寫成:

:
\boldsymbol I_\mathrm{total} = {15 \mathrm{V} \over 2\,\mathrm{k}\Omega + 1\,\mathrm{k}\Omega \|(1\,\mathrm{k}\Omega + 1\,\mathrm{k}\Omega)} = 5.625 \mathrm{mA}

利用電流的分流原則,從\boldsymbol{R_1} 流過負載的電流 \boldsymbol{I_{}} 為:

:
\boldsymbol I = {1\,\mathrm{k}\Omega + 1\,\mathrm{k}\Omega \over(1\,\mathrm{k}\Omega + 1\,\mathrm{k}\Omega + 1\,\mathrm{k}\Omega)} \cdot I_\mathrm{total}

:
\boldsymbol = \frac{2}{3} \cdot 5.625 \mathrm{mA} = 3.75 \mathrm{mA}

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:
:
\ R = 1\,\mathrm{k}\Omega + 2\,\mathrm{k}\Omega \|(1\,\mathrm{k}\Omega + 1\,\mathrm{k}\Omega) = 2\,\mathrm{k}\Omega

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
*欧姆定律
*弥尔曼定理
*叠加定理 (电路分析)
*戴维南定理
*最大功率传输定理

参考资料
外部連結
*

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