Norton-Äquivalent mit einer einzigen Spannungsquelle

Jedes Mal , wenn ich eine Frage wie diese sehe und beschließe, eine Antwort zu geben, denke ich, dass ich mit der folgenden Story beginnen werde. (Die schematische Umschreibung folgt.)

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Eine der besseren Möglichkeiten, eine Schaltung zu verstehen, die zunächst verwirrend erscheint, besteht darin, sie neu zu zeichnen. Es gibt einige Regeln, die Sie befolgen können, um einen Vorsprung beim Erlernen dieses Prozesses zu erhalten. Aber es gibt auch einige zusätzliche persönliche Fähigkeiten, die sich im Laufe der Zeit entwickeln.

Ich habe diese Regeln zum ersten Mal 1980 gelernt, als ich an einem Tektronix-Kurs teilgenommen habe, der nur seinen Mitarbeitern angeboten wurde. Dieser Kurs sollte Leuten das elektronische Zeichnen beibringen, die keine Elektronikingenieure waren, sondern ausreichend ausgebildet waren, um beim Entwerfen von Schaltplänen für ihre Handbücher zu helfen.

Das Schöne an den Regeln ist, dass man kein Experte sein muss, um sie zu befolgen. Und dass, wenn Sie ihnen folgen, sogar fast blind, die resultierenden Schaltpläne wirklich einfacher zu verstehen sind.

Die Regeln sind:

• Ordnen Sie den Schaltplan so an, dass konventioneller Strom auf dem Schaltplanblatt von oben nach unten zu fließen scheint. Ich stelle mir das gerne als eine Art Vorhang (wenn Sie ein eher statisches Konzept bevorzugen) oder Wasserfall (wenn Sie ein dynamischeres Konzept bevorzugen) von Ladungen vor, die sich von der Oberkante nach unten zur Unterkante bewegen. Dies ist eine Art Energiefluss, der selbst keine nützliche Arbeit verrichtet, aber die Umgebung bereitstellt, in der nützliche Arbeit verrichtet werden kann.
• Ordnen Sie den Schaltplan so an, dass die interessierenden Signale von der linken Seite des Schaltplans zur rechten Seite fließen. Eingänge befinden sich dann generell links, Ausgänge generell rechts.
• Schalten Sie die Stromversorgung nicht herum. Kurz gesagt, wenn eine Leitung einer Komponente an Masse oder eine andere Spannungsschiene geht, verwenden Sie kein Kabel, um sie mit anderen Komponentenleitungen zu verbinden, die ebenfalls an dieselbe Schiene/Masse gehen. Zeigen Sie stattdessen einfach einen Knotennamen wie "Vcc" an und stoppen Sie. Wenn Sie die Stromversorgung auf einem Schaltplan herumführen, wird der Schaltplan fast garantiert weniger verständlich, nicht mehr. (Es gibt Zeiten, in denen Fachleute anderen Fachleuten etwas Einzigartiges über einen Spannungsschienenbus mitteilen müssen. Daher gibt es manchmal Ausnahmen von dieser Regel. Aber wenn Sie versuchen, einen verwirrenden Schaltplan zu verstehen, ist die Situation nicht so und so ein Argument "Von Profis für Profis" versagt hier immer noch. Also lass es einfach.) Dieser braucht einen Moment, um ihn vollständig zu verstehen. Es gibt eine starke Tendenz, alle Drähte zeigen zu wollen, die beim Löten einer Schaltung beteiligt sind. Widerstehen Sie dieser Tendenz. Die Idee hier ist, dass Drähte benötigt werdeneinen Stromkreis zu machen kann ablenken. Und obwohl sie möglicherweise benötigt werden, damit die Schaltung funktioniert, helfen sie Ihnen NICHT, die Schaltung zu verstehen. Tatsächlich bewirken sie genau das Gegenteil. Entfernen Sie also solche Drähte und zeigen Sie einfach Verbindungen zu den Schienen und stoppen Sie.
• Versuchen Sie, den Schaltplan um Kohäsion herum zu organisieren . Es ist fast immer möglich, einen Schaltplan "auseinanderzureißen", so dass Knoten von Komponenten vorhanden sind, die eng miteinander verbunden sind und dann nur durch wenige Drähte getrennt sind, die zu anderen Knoten führen . Wenn Sie diese finden können, betonen Sie sie, indem Sie die Knoten isolierenund sich zuerst darauf zu konzentrieren, jeden auf sinnvolle Weise zu zeichnen. Denken Sie nicht einmal an den ganzen Schaltplan. Konzentrieren Sie sich einfach darauf, dass jeder zusammenhängende Abschnitt für sich "richtig aussieht". Fügen Sie dann die Ersatzverdrahtung oder einige Komponenten hinzu, die diese "natürlichen Unterteilungen" im Schaltplan trennen. Dies wird oft dazu neigen, auf fast magische Weise verschiedene Funktionen zu finden, die leichter zu verstehen sind, die dann über relativ einfacher zu verstehende Verbindungen zwischen ihnen miteinander "kommunizieren".

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Verwenden Sie die obigen Regeln und schreiben Sie den Schaltplan neu:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ich habe hier nichts getan, außer einer sehr grundlegenden und einfachen Umschreibung unter Verwendung der Regeln, die ich oben dargelegt habe. Sieht jetzt ziemlich einfach aus, oder?

Es ist trivial, vom Obigen auszugehen und die beiden (identischen) Thevenin-Äquivalente zu konstruieren. (Die ebenso trivial in Norton konvertiert werden können, wenn Sie dies vorziehen.)

Kannst du es von hier aus handhaben? Was passiert, wenn Sie kurzschließen$R_L$? Fließt jetzt Strom in der kurzgeschlossenen Leitung? Was passiert, wenn Sie entfernen$R_L$? Wie hoch ist die Spannung zwischen den neu geöffneten Knoten?