基尔霍夫电压定律用来确定回路中各段电压之间的关系。基尔霍夫电压定律指出,如果从回路中任意一点出发,以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周,则在这个方向上的电位降之和应该等于电位升之和。基尔霍夫电压定律是电位单值性的反映。
例如,图1-26电路中,电源电动势、电流和各段电压的参考方向均已标出,任意选定逆时针的绕行方向(虚线所示),可列出
图1-26 基尔霍夫电压定律电路图
式(1-28)是基尔霍夫电压定律的数学表达式,称为回路电压方程。如果规定电位降取正号,电位升取负号,则可将上式改写为
式(1-29)说明,沿任一回路循行方向(顺时针方向或逆时针方向),回路中各段电压的代数和恒等于零。基尔霍夫电压定律是描述回路上各元件或各段电路电压降关系的定律,与回路中元件的性质无关。
例1-3 图1-27所示电路中,已知U1=U3=1V,U2=4 V,U4=U5=2 V,求电压U7。
图1-27 例1-3图
解 对回路Ⅰ与Ⅱ分别列出KVL方程
-U1+U2+U6-U3=0
-U6+U4+U5-U7=0
将两个方程相加,消去U6 得
U7=-U1+U2-U3+U4+U5=6V(www.daowen.com)
若沿图中回路Ⅲ列出KVL方程为
-U1+U2-U3+U4+U5-U7=0
可直接求得
U7=6V
根据电路中节点电位的单值性,基尔霍夫电压定律不仅应用于闭合回路,也可以将其推广应用于各段电压闭合、但电路形式并不闭合的电路(称为广义回路),例如图1-28a、b所示电路。在图1-28b的电路中,应用KVL可得
图1-28 基尔霍夫电压定律的推广应用
US-U-RI=0
或
U=US-RI
此为有源电路的欧姆定律表达式。
列方程时,不论是应用基尔霍夫定律或欧姆定律,首先都要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向,因为所列方程中各项前的正负号是由它们的参考方向决定的,如果参考方向选得相反,则会相差一个负号。
基尔霍夫定律所确定的电流方程和电压方程与各支路所包含元件无关,因此基尔霍夫两个定律具有普遍性,适用于由各种不同元件所构成的电路。
[思考题]
1.如图1-25所示广义节点,由KCL可知Ia+Ib+Ic=0,请问电流都是流入广义节点的,又从何处流出呢?
2.按顺时针或逆时针循行方向列出的回路电压方程是否相同?
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