Mạch tương đương Thevenin là gì?
Định lý Thevenin khẳng định rằng bất kỳ mạng hai cực tuyến tính nào — gồm các nguồn áp, nguồn dòng và điện trở — đều có thể thay thế bằng một nguồn điện áp duy nhất (\(V_{th}\)) mắc nối tiếp với một điện trở duy nhất (\(R_{th}\)). Cách rút gọn này cực kỳ hữu ích khi bạn chỉ quan tâm đến những gì xảy ra tại một cặp đầu cực — chẳng hạn khi đấu vào một tải thay đổi. Công cụ này suy ra mạch tương đương chỉ từ hai phép đo đơn giản trong phòng thí nghiệm: điện áp hở mạch và dòng ngắn mạch.
Cách sử dụng máy tính
Nhập điện áp hở mạch (Voc) — tức điện áp đo được giữa hai đầu cực khi không nối tải nào — và dòng ngắn mạch (Isc) — tức dòng điện chạy qua khi hai đầu cực được nối tắt với nhau. Công cụ sẽ trả về điện áp Thevenin (bằng đúng Voc) và điện trở Thevenin (bằng Voc chia cho Isc).
Giải thích công thức
Điện áp Thevenin chính là điện áp tại hai đầu cực khi hở mạch: \(V_{th} = \text{Voc (V)}\), bởi vì khi đó không có dòng nào chạy qua điện trở nội, nên cũng không có sụt áp. Điện trở Thevenin được xác định bằng cách nối tắt hai đầu cực: $$R_{th} = \frac{\text{Voc (V)}}{\text{Isc (A)}}$$ Điều này đúng vì khi ngắn mạch, toàn bộ điện áp nguồn đặt lên Rth và tạo ra dòng ngắn mạch.
Ví dụ minh họa
Giả sử bạn đo được \(V_{oc} = 12\ \text{V}\) và sau khi nối tắt hai đầu cực thì đọc được \(I_{sc} = 3\ \text{A}\). Khi đó \(V_{th} = 12\ \text{V}\) và $$R_{th} = \frac{12}{3} = 4\ \Omega$$ Mạng ban đầu sẽ hoạt động y hệt một nguồn 12 V mắc nối tiếp với một điện trở 4 ohm.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao lại lấy điện áp chia cho dòng ngắn mạch? Khi nối tắt hai đầu cực, ta đã loại bỏ tải bên ngoài, nên thứ duy nhất giới hạn dòng điện chính là Rth. Áp dụng định luật Ohm ta có \(R_{th} = \frac{\text{Voc (V)}}{\text{Isc (A)}}\).
Rth có giống với điện trở Norton không? Có — mạch tương đương Thevenin và Norton dùng chung một điện trở nội, và Isc chính bằng giá trị nguồn dòng Norton.
Nếu Isc bằng 0 thì sao? Dòng ngắn mạch bằng 0 nghĩa là điện trở vô cùng lớn, nên không thể tính được một giá trị Rth hữu hạn; khi đó máy tính trả về 0 để tránh phép chia cho 0.
