電路分析方法(基爾霍夫定律)
發(fā)布時(shí)間:2025-02-28作者:admin點(diǎn)擊:181
運(yùn)用基爾霍夫定律分析電路,需要列寫(xiě)大量的KCL 與 KVL方程,求解過(guò)程非常麻煩。要解決該問(wèn)題,就需要使用到回路電流法(只需要列寫(xiě)KVL
方程)和結(jié)點(diǎn)電壓法(只需要列寫(xiě)KCL方程),以及局部電路的等效變換。
例如對(duì)于下圖所示的電路,因?yàn)閾碛?3 個(gè)網(wǎng)孔,所以需要列寫(xiě) 3 個(gè) KVL 方程;除此之外,還擁有 4 個(gè)結(jié)點(diǎn),所以需要再列寫(xiě) 3 個(gè) KCL 方程。換而言之,總計(jì)需要列寫(xiě) 6 個(gè)方程,整個(gè)求解過(guò)程比較繁瑣。

但是如果采用回路電流法和結(jié)點(diǎn)電壓法,則只需要列寫(xiě)3 個(gè)方程就可以完成求解。
回路電流法
基于 KVL 定律列寫(xiě)
下圖所示的這個(gè)電路共計(jì)擁有 3 條支路,因而需要列寫(xiě)出 3 個(gè)方程,從而求解出 3 個(gè)支路電流。

首先,需要列寫(xiě)一個(gè) KCL 方程:





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

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(xiàng)
三個(gè)部分,從而就可以快速的列寫(xiě)出回路電流方程?;芈冯娏鞣匠痰谋举|(zhì)是列寫(xiě)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(gè)回路上面產(chǎn)生電壓的因素包括如下三個(gè)方面:
回路電源上的電壓,即右端電源項(xiàng);
回路電流在本回路電阻(自阻)上產(chǎn)生的電壓,即自阻項(xiàng);
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(xiàng);
例如對(duì)于下面這個(gè)電路,采用基于自阻與互阻的方法列寫(xiě)KVL 方程就可以得到:

結(jié)點(diǎn)電壓法
基于 KCL 定律列寫(xiě)
下圖所示的電路擁有 3 個(gè)網(wǎng)孔,因而需要列寫(xiě) 3 個(gè) KVL 方程。除此之外,還擁有 3 個(gè)結(jié)點(diǎn),因而還需要列寫(xiě) 2 個(gè) KCL 方程,共計(jì)需要列寫(xiě) 5 個(gè)方程。方程當(dāng)中待求的未知數(shù)為 5 個(gè)支路電流,方程的列寫(xiě)與求解過(guò)程都會(huì)比較繁瑣。而采用結(jié)點(diǎn)電壓法,把未知量由支路電流改為結(jié)點(diǎn)電壓,可以將5 個(gè)方程數(shù)量減少至 2 個(gè)。










總結(jié)
回路電流法和結(jié)點(diǎn)電壓法的主旨是減少方程數(shù)量,簡(jiǎn)化求解過(guò)程;
回路電流自動(dòng)滿足 KCL定律,因而無(wú)需再列寫(xiě) KCL方程;回路電流法的本質(zhì)是對(duì)回路(通常會(huì)選擇網(wǎng)孔)列寫(xiě)KVL 方程;
結(jié)點(diǎn)電壓自動(dòng)滿足 KVL定律,因而無(wú)需再列寫(xiě) KVL方程;結(jié)點(diǎn)電壓法的本質(zhì)是對(duì)非參考結(jié)點(diǎn)列寫(xiě)KCL 方程;
等效變換的作用是對(duì)電路局部進(jìn)行簡(jiǎn)化;對(duì)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(diǎn)電壓法還具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),因而更加推薦在電路分析過(guò)程當(dāng)中使用:
結(jié)點(diǎn)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(diǎn)要比標(biāo)記回路電流更加容易,并且不會(huì)讓電路圖顯得凌亂;
回路電流法無(wú)需列寫(xiě) KCL方程,結(jié)點(diǎn)電壓法無(wú)需列寫(xiě) KVL方程。實(shí)際求解電路時(shí),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(diǎn)電壓法省略列寫(xiě)的方程數(shù)量,一定大于或等于回路電流法省略列寫(xiě)的方程數(shù)量,因而在電路分析過(guò)程當(dāng)中更加推薦使用結(jié)點(diǎn)電壓法;