任何只包含电压源、电流源及电阻的黑箱 系统,都可以转换成诺顿等效电路.
诺顿定理 (英语:Norton's theorem )指的是一个由电压源 及电阻 所组成的具有两个端点的电路系统,都可以在电路上等效于由一个理想电流源 I 与一个电阻R 并联的电路。对于单频的交流系统,此定理不只适用于电阻,亦可适用于广义的阻抗 。诺顿等效电路 用来描述线性电源 与阻抗在某个频率下的等效电路 ,由一个理想电流源与一个理想阻抗并联组成。
诺顿定理是戴维南定理 的延伸,于1926年由西门子公司 研究员汉斯·费迪南德·迈尔 (Hans Ferdinand Mayer,1895—1980)和贝尔实验室 工程师爱德华·劳里·诺顿 (1898—1983)分别提出。实际上只有迈尔在此课题上发表过论文,但诺顿只在贝尔实验室内部用的一份技术报告上提及过他的发现。
要计算出等效电路,需:
在AB两端短路(亦即负载电阻为零)的状况下计算输出电流I AB 。此为I NO 。
在AB两端开路(在没有任何往外电流输出,亦即当AB点之间的阻抗无限大)的状况下计算输出电压V AB ,此时R No 等于V AB 除以I NO 。
此等效电路是由一个独立电流I NO 与一个电阻R NO 并联所组成。
其中的第2项也可以考虑成:
2a.将原始电路系统中的独立电压源以短路取代,而且将独立电流源以开路取代。
2b.若电路系统中没有非独立电源的话,则R No 为移走所有独立电源后的电阻* 。
* 注意:判断诺顿阻抗大小时,一个更普遍的方法是把电流源连接到电流为一安培的输出终端,并计算终端的电压。当电源为非独立时,这个方法是一定要用的。本法并没有在下图中出现。
右图中,左边是诺顿等效电路,右边是戴维宁等效电路 ,可用下列方程将诺顿等效电路转换成戴维宁等效电路:
R
T
h
=
R
N
o
{\displaystyle R_{Th}=R_{No}\!}
V
T
h
=
I
N
o
R
N
o
{\displaystyle V_{Th}=I_{No}R_{No}\!}
V
T
h
R
T
h
=
I
N
o
{\displaystyle {\frac {V_{Th}}{R_{Th}}}=I_{No}\!}
其中
R
t
h
{\displaystyle R_{th}}
、
R
N
o
{\displaystyle R_{No}}
、
V
t
h
{\displaystyle V_{th}}
及
I
N
o
{\displaystyle I_{No}}
分别代表戴维宁等效电阻、诺顿等效电阻、戴维宁等效独立电压源以及诺顿独立电流源。
步骤0:原始电路
步骤1:计算等效输出电流
步骤2:计算等效电阻
步骤3:转换成等效电路
在此范例中,先将A、B两点短路,整体电流
I
t
o
t
a
l
{\displaystyle {\boldsymbol {I_{total}}}}
可以写成:
I
t
o
t
a
l
=
15
V
2
k
Ω
+
1
k
Ω
‖
(
1
k
Ω
+
1
k
Ω
)
=
5.625
m
A
{\displaystyle {\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} }
利用电流的分流原则,从
R
1
{\displaystyle {\boldsymbol {R_{1}}}}
流过负载的电流
I
{\displaystyle {\boldsymbol {I_{}}}}
为:
I
=
1
k
Ω
+
1
k
Ω
(
1
k
Ω
+
1
k
Ω
+
1
k
Ω
)
⋅
I
t
o
t
a
l
{\displaystyle {\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} }}
=
2
3
⋅
5.625
m
A
=
3.75
m
A
{\displaystyle {\boldsymbol {=}}{\frac {2}{3}}\cdot 5.625\mathrm {mA} =3.75\mathrm {mA} }
再把电压源用短路来取代,从系统开口两端往里看的等效阻抗为:
R
=
1
k
Ω
+
2
k
Ω
‖
(
1
k
Ω
+
1
k
Ω
)
=
2
k
Ω
{\displaystyle \ R=1\,\mathrm {k} \Omega +2\,\mathrm {k} \Omega \|(1\,\mathrm {k} \Omega +1\,\mathrm {k} \Omega )=2\,\mathrm {k} \Omega }
因此,等效电路则是由一个3.75 mA的电流源并联一个2KΩ的电阻所组成。