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電路分析方法(基爾霍夫定律)

發(fā)布時間:2025-02-28作者:admin點擊:179

  運用基爾霍夫定律分析電路,需要列寫大量的KCL 與 KVL方程,求解過程非常麻煩。要解決該問題,就需要使用到回路電流法(只需要列寫KVL 方程)和結(jié)點電壓法(只需要列寫KCL方程),以及局部電路的等效變換。

  例如對于下圖所示的電路,因為擁有 3 個網(wǎng)孔,所以需要列寫 3 個 KVL 方程;除此之外,還擁有 4 個結(jié)點,所以需要再列寫 3 個 KCL 方程。換而言之,總計需要列寫 6 個方程,整個求解過程比較繁瑣。

  

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  但是如果采用回路電流法和結(jié)點電壓法,則只需要列寫3 個方程就可以完成求解。

  回路電流法

  基于 KVL 定律列寫

  下圖所示的這個電路共計擁有 3 條支路,因而需要列寫出 3 個方程,從而求解出 3 個支路電流。

  

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  首先,需要列寫一個 KCL 方程:

  

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  然后,將 KVL方程組進(jìn)行合并同類項,就可以得到如下的推導(dǎo)過程:

  

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  觀察就可以發(fā)現(xiàn),可以將方程劃分為自阻、互阻、右端電源項

  三個部分,從而就可以快速的列寫出回路電流方程。回路電流方程的本質(zhì)是列寫KVL方程,即回路當(dāng)中所有支路電壓的代數(shù)和等于零,每個回路上面產(chǎn)生電壓的因素包括如下三個方面:

  回路電源上的電壓,即右端電源項;

  回路電流在本回路電阻(自阻)上產(chǎn)生的電壓,即自阻項;

  回路電流在與相鄰回路共有的電阻(互阻)上產(chǎn)生的電壓,即互阻項;

  例如對于下面這個電路,采用基于自阻與互阻的方法列寫KVL 方程就可以得到:

  

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  結(jié)點電壓法

  基于 KCL 定律列寫

  下圖所示的電路擁有 3 個網(wǎng)孔,因而需要列寫 3 個 KVL 方程。除此之外,還擁有 3 個結(jié)點,因而還需要列寫 2 個 KCL 方程,共計需要列寫 5 個方程。方程當(dāng)中待求的未知數(shù)為 5 個支路電流,方程的列寫與求解過程都會比較繁瑣。而采用結(jié)點電壓法,把未知量由支路電流改為結(jié)點電壓,可以將5 個方程數(shù)量減少至 2 個。

  

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  總結(jié)

  回路電流法和結(jié)點電壓法的主旨是減少方程數(shù)量,簡化求解過程;

  回路電流自動滿足 KCL定律,因而無需再列寫 KCL方程;回路電流法的本質(zhì)是對回路(通常會選擇網(wǎng)孔)列寫KVL 方程;

  結(jié)點電壓自動滿足 KVL定律,因而無需再列寫 KVL方程;結(jié)點電壓法的本質(zhì)是對非參考結(jié)點列寫KCL 方程;

  等效變換的作用是對電路局部進(jìn)行簡化;對于外電路而言,等效變換之后的端口電壓和電流不變;

  相比于回路電流法,結(jié)點電壓法還具有如下幾個優(yōu)點,因而更加推薦在電路分析過程當(dāng)中使用:

  結(jié)點電壓的概念相比于回路電流更加容易理解;

  標(biāo)記參考結(jié)點要比標(biāo)記回路電流更加容易,并且不會讓電路圖顯得凌亂;

  回路電流法無需列寫 KCL方程,結(jié)點電壓法無需列寫 KVL方程。實際求解電路時,KVL 方程數(shù)量一定大于或者等于KCL方程數(shù)量,致使結(jié)點電壓法省略列寫的方程數(shù)量,一定大于或等于回路電流法省略列寫的方程數(shù)量,因而在電路分析過程當(dāng)中更加推薦使用結(jié)點電壓法;


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