为什么叠加定理只能用于线性电路呢?

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描述

叠加定理说的是:线性电路中,如果有多个“激励”存在,则其“响应”为每个“激励”分别单独作用时响应的叠加。

这里的“激励”是指独立源,响应是指电路中某个支路或元件上的电压电流。每个激励单独作用时,其它激励不作用,不作用的电压源做短路处理,不作用的电流源做断路处理。

为什么叠加定理只能用于线性电路,不能用于非线性电路呢?

以电阻为例来说明:线性电阻和非线性电阻的区别可由其伏安特性曲线看出:线性电阻是一条过原点的直线,如下图中绿色线所示,该直线上各点的斜率(电阻)相等;非线性电阻则不然,如图所示红色线,是一条半导体二极管元件的伏安特性曲线,该直线上各点的斜率(电阻)不相等,也就是说其电阻值随外加电压、电流值改变而改变(非线性电阻)。

线性电路

假设电阻为线性电阻,阻值为R,

现有一个电压U1加到该电阻上,根据欧姆定理可得电阻上的电流:I 1 =U 1 /R;

若为电压U2加到该电阻上,根据欧姆定理可得电阻上的电流:I 2 =U 2 /R;

若为电压U 1、 U2同时作用,即U 3 =U 1 +U2 加到该电阻上,根据欧姆定理可得电阻上的电流:I 3 =(U 1 +U 2 )/R=I ~1~ +I ~2~ ;显然满足叠加原理。

如果该电阻是非线性电阻,则:

现有一个电压U1加到该电阻上,根据欧姆定理可得电阻上的电流:I 1 =U 1 /R 1

若为电压U2加到该电阻上,根据欧姆定理可得电阻上的电流:I 2 =U 2 /R 2

若为电压U 1、 U2同时作用,即U 3 =U 1 +U2 加到该电阻上,根据欧姆定理可得电阻上的电流:I 3 =(U 1 +U 2 )/R 3

因为非线性电阻不同电压的电阻值不相等,所以R 1 ≠R 2 ≠R 3, 所以I 3 ≠I 1 +I 2。 显然叠加定理不再成立。

也可以直接在伏安特性曲线上观察得到:如下图所示,U 3 =U 1 +U 2, 只有线性的伏安关系(图中绿色线),才有I 3 =I 1 +I 2 。否则对于红色线,当电压为U 3 =U 1 +U2时,电流I不等于I 1 +I2。

线性电路

同理以及功率的计算,因为功率与电压电流是非线性关系:P=I^2^R(U ^2^ /R),所以也不能直接使用叠加原理计算功率。

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