Principio de superposición: fuentes dependientes tratadas como fuentes independientes

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Desde que comencé a estudiar, me enseñaron que al analizar un circuito que usa múltiples fuentes, las fuentes independientes se podrían desactivar, lo que significa que podría transformar una fuente de voltaje en un corto, y una fuente de corriente en un circuito abierto y analizar el Circuito por cómo cada fuente individual actúa sobre él.

Sin embargo, con respecto a las fuentes dependientes , cada libro de circuitos eléctricos que he leído dice lo mismo:

  

"Las fuentes dependientes nunca deben apagarse cuando se utiliza el análisis del principio de superposición, deben dejarse intactas ya que están controladas por variables en algún lugar del circuito".

Sin embargo, recientemente he notado que puedo obtener los mismos resultados si trato a la fuente dependiente como una fuente regular e independiente. He simulado esto, en comparación con las soluciones de problemas al final del capítulo y todo resulta igual. Tome el siguiente problema del Libro de Alexander / Sadiku como ejemplo, que dice:

  

"Encuentre Vx usando el principio de superposición"

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Normalmente, dejaría activada la fuente dependiente, desactivaría la fuente actual de 4A y encontraría Vx1, luego desactivaría la fuente actual de 6A y buscaría Vx2, los agregaría y encontraría Vx.

Sin embargo, si trato la fuente actual dependiente como una fuente actual independiente, obtengo los mismos resultados, aquí está el procedimiento que seguí:

Desactivando ambas fuentes actuales:

simular este circuito

Encontrar Vx usando los resultados de la ley de Ohm en:

$$ Vx1 = - (4Ix / 10) * 8 $$ $$ Vx1 = -3.2Ix $$

Ahora apago todas las fuentes (incluida la fuente de voltaje dependiente como si fuera una fuente independiente) y dejo la fuente 6A en:

simular este circuito

Al usar la fórmula de división actual y multiplicar por 8 obtengo Vx2

entonces:

$$ Vx2 = (2/10) * 6 * 8 = 9.6V $$

Finalmente, desactivo todas las fuentes excepto la fuente actual de 4A:

simular este circuito

Utilizando el mismo procedimiento anterior, por el divisor actual encuentro Vx3:

$$ Vx3 = (2/10) * 4 * 8 = 6.4V $$

Finalmente, la tensión total Vx es la suma de cada tensión individual Vx (Vx1, Vx2, Vx3):

$$ Vx = Vx1 + Vx2 + Vx3 = -3.2Ix + 9.6 + 6.4 $$

Puedo encontrar Ix por la Ley de Corriente de Kirchhoff, las corrientes en el nodo superior del circuito son:

$$ Ix + Vx / 8 = 6 + 4 $$

Resolviendo para Ix

$$ Ix = 6 + 4 - Vx / 8 $$

Usando la ecuación anterior para eliminar Ix de Vx :

$$ Vx = -3.2 (6 + 4 - Vx / 8) + 9.6 + 6.4 $$

Resolviendo para Vx :

$$ Vx = -26.667V $$

Y esta es la simulación que hice en Multisim:

Entoncesmipreguntaes:¿Quéestápasando?¿Porquéestá"prohibido" tratar las fuentes dependientes de esta manera cuando los resultados son los mismos?

    
pregunta S.s.

3 respuestas

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La superposición de fuentes dependientes no está prohibida: La superposición de fuentes dependientes es válida en el análisis de circuitos.

El autor ha investigado la presentación de la superposición en Circulación de textos mediante el estudio de veinte libros introductorios sobre el circuito. análisis. Catorce declaran explícitamente que si un dependiente La fuente está presente, nunca se desactiva y debe permanecer activa. (inalterado) durante el proceso de superposición. Los seis restantes refiérase específicamente a las fuentes como independientes al declarar El principio de superposición. Tres de estos presentan un ejemplo. Circuito que contiene una fuente dependiente que nunca se desactiva. los otros tres no presentan un ejemplo en el que las fuentes dependientes son presente. A partir de esta encuesta limitada, queda claro que los circuitos de textos Estado o implica que la superposición de fuentes dependientes no es permitido. El autor sostiene que esto es un error.

Como ejemplo simple que usa la superposición de una fuente dependiente, considere el siguiente circuito:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Por superposición, podemos escribir la ecuación para \ $ V_x \ $ por inspección :

$$ V_x = V_s \ frac {R_2} {R_1 + R_2} + 5i_x R_1 || R_2 $$

También tenemos, por inspección

$$ i_x = \ frac {V_s - V_x} {R_1} $$

Por lo tanto

$$ V_x = V_s \ frac {R_2} {R_1 + R_2} + 5 \ frac {V_s - V_x} {R_1} R_1 || R_2 $$

Es solo el álgebra de aquí. No hay necesidad de ecuaciones de nodo o ecuaciones de malla.

La clave para utilizar con éxito la superposición con fuentes dependientes es la siguiente:

No intente resolver una respuesta numérica hasta que se haya escrito la suma de superposición .

    
respondido por el Alfred Centauri
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La solución radica en la respuesta de la pregunta, "por qué queremos el teorema de superposición". La respuesta es hacer el análisis fácilmente. Ahora, si desea apagar la fuente dependiente, apáguelo, no hay problema, y si le resulta fácil dejarlo encendido, entonces eso también está bien, ya que la linealidad es seguida por los elementos y la función de voltaje y corriente.

    
respondido por el abhay
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La respuesta es simple: estás cometiendo un error.

Cuando solo está la fuente dependiente, se obtiene \ $ V_x = 0 \ $. Agreguemos los voltajes en el bucle, comenzando en el lado bajo de \ $ R_1 \ $ y yendo en sentido contrario a las agujas del reloj: $$ 4i_x-R_2i_x-R_1i_x = 0 \ rightarrow i_x (4-8-2) = - 6i_x = 0 \ rightarrow i_x = 0 \ rightarrow V_x = -i_xR_2 = 0 $$

En realidad, puede encontrar redes en las que pueda tratar las fuentes dependientes como independientes. Imagine una red en la que una fuente dependiente sea una fuente de voltaje controlada con un solo terminal conectado. Está claro que no afectará al circuito de ninguna manera, por lo que puede trátalo como quieras.

En general, el hecho de que existan tales ejemplos no significa que dicho método es general.

Piense en un amplificador de fuente común simple:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Si tiene que encontrar \ $ v_d \ $ como una función de \ $ v_ {in} \ $ y usar su método, puede ver fácilmente que encontrará que \ $ v_d = 0 \ $ no importa lo que haga \ $ v_ {gs} \ $ is, eso es incorrecto.

    
respondido por el Vladimir Cravero

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