Анализ сложных RC цепей с использованием теоремы Тевенена
Анализ сложных RC цепей с использованием теоремы Тевенена
Когда цепь содержит резисторы как в последовательных, так и параллельных компоновках вокруг реактивного компонента, стандартные формулы постоянной времени (τ=RC для RC, τ=L/R для RL) больше не применяются напрямую. Решение заключается в приведении сети к простому эквиваленту, сохраняющему напряжение через реактивный элемент.
Рассмотрим следующий пример:

Шаг 1 – Определите нагрузку
В этой сети конденсатор (C1 = 100 мкФ) является нагрузкой. Мы временно удаляем его, чтобы определить эквивалент Тевенена, видимый с его выводов.
Шаг 2 – Вычислите напряжение Тевенена (Vth)
С замыкнутым выключателем и без нагрузки, напряжение на выводах конденсатора (узел 2–узел 3) равно напряжению на резисторе R2. Расчеты дают:
Vth = 1,8182 В
Поскольку полностью заряженный конденсатор ведет себя как разомкнутая цепь (нулевой ток), это также конечное установившееся напряжение, которое достигнет конденсатор.
Шаг 3 – Вычислите сопротивление Тевенена (Rth)
Все независимые источники отключены (источники напряжения замкнуты, источники тока разомкнуты). Результирующее сопротивление, видимое с выводов конденсатора:
Rth = 454,545 Ом
Шаг 4 – Рассчитайте постоянную времени
С C1 = 100 мкФ, постоянная времени цепи:
τ = Rth · C1 = 454,545 Ом × 100 мкФ = 0,0454545 с (45,45 мс)
Шаг 5 – Определите переходный ответ
Предполагая, что конденсатор начинает разряженным (V0=0 В), напряжение в любой момент t:
V(t) = Vth · (1 – e–t/τ)
При t = 60 мс:
V(60 мс) = 1,8182 В × (1 – e–0,06/0,0454545) ≈ 1,3325 В
Проверка симуляцией SPICE
Следующий нетлист использовался для подтверждения аналитического результата. Переходный анализ делает выборки каждые 5 мс на протяжении 370 мс.
* Original circuit v1 1 0 dc 20 r1 1 2 2k r2 2 3 500 r3 3 0 3k c1 2 3 100u ic=0 * Thevenin equivalent v2 4 0 dc 1.818182 r4 4 5 454.545 c2 5 0 100u ic=0 .tran 0.005 0.37 uic .print tran v(2,3) v(5,0) .end
Вывод показывает идентичные напряжения конденсатора в обеих сетях в каждый отображенный момент, подтверждая эквивалентность редукции Тевенена.
Обзор
- Для любой RC или RL сети, не являющейся простой последовательной конфигурацией, относите реактивный элемент к нагрузке.
- Приведите оставшуюся сеть к её эквиваленту Тевенена (один источник напряжения + последовательный резистор).
- Примените стандартную формулу постоянной времени для нахождения переходного ответа.
Связанные рабочие листы
Промышленные технологии
- Освоение уравнений цепей переменного тока: импеданс, реактивное сопротивление и резонанс
- Продвинутые схемы управления двигателями: защёлкивание, стоп и задержка времени
- Проектирование четырехразрядного 7-сегментного дисплея с одним двоичным энкодером
- Комплементарный аудиоусилитель на NPN/PNP транзисторах — прямое включение для средней мощности
- Схемы кристаллических и транзисторных радиоприёмников: от простых детекторов к интегрированным AM/FM приёмник…
- Управляющие цепи: основы, применение и лучшие практики
- Понимание электрических цепей: непрерывный поток заряда и влияние разрывов
- Освоение моделирования электрических цепей в SPICE: практическое руководство для проектировщиков и студентов
- Влияние сопротивления на резонанс в последовательно-параллельных LC-цепях
- Гидравлические цепи: типы, функции и применение