基尔霍夫电压定律(Kithhoff's Voltage law,KVL)是描述回路中各支路(或各元件)电压之间关系的定律。
KVL的基本内容:对于集总参数电路,在任意时刻,沿任意闭合路径绕行,各支路电压的代数和恒等于零,其基本形式为
在列写KVL 方程时,要标定各元件电压的参考方向,再选定回路绕行方向(顺时针或逆时针),标在选定的回路里。如果电压参考方向与回路绕行方向相同的支路电压取正号,则与绕行方向相反的支路电压取负号。反之,如果电压参考方向与回路绕行方向相同的支路电压取负号,则与绕行方向相反的支路电压取正号。
以图1-16 为例来说明基尔霍夫电压定律。
在如图1-16 所示电路中,选定顺时针为回路绕行方向,对回路列KVL 方程为
图1-16 基尔霍夫电压定律应用示例
整理后可得
即KVL 方程的另外一种表示形式为
【例1-4】 求图1-17 所示电路中电压u1、u2、u3的值。
图1-17 例1-4 电路
解:对回路Ⅰ列KVL 方程
对回路Ⅱ列KVL 方程
对回路Ⅲ列KVL 方程(www.daowen.com)
KVL 也适用于电路中任一假想的回路,如图1-18 所示。
图1-18 KVL 应用于假想回路
(a)求解电压uab;(b)构成假想闭合面
当求解图1-18(a)所示a、b 两点间的电压uab时,可以构成一个假想闭合面,如图1-18(b)所示,分别对R1、uS、R3和N 构成的回路以及R1、R2和N 构成的回路列KVL 方程可得
即求图1-18(a)中电压uab时,沿左边支路(R1和R2构成的支路)和沿右边支路(R1、uS和R3构成的支路)求得的结果相同。
推论:
电路中任意两点间的电压等于从正极出发沿着任一条路径到达负极经过的各元件电压的代数和,与绕行路径无关。元件电压方向与路径绕行方向一致时取正号,相反时取负号。
基尔霍夫电压定律反映了电路的能量守恒,是对任何一个回路中的各支路电压施加的约束,与回路的各支路上连接的是什么元件无关,与电路是线性还是非线性无关;KVL 方程是按照电压的参考方向列写的,与电压的实际方向无关。
基尔霍夫电压定律的一个重要应用:根据电路中已知的某些支路电压,求出另外一些支路电压,即如果已知一些电压,要求另外一些电压,则可以通过列写KVL 方程求解。
【例1-5】 在图1-19 所示的电路中,已知a 点电位φa=20 V,试求电压u。
图1-19 例1-5 电路
解:两点间的电压等于两点间的电位差,即
根据推论,两点间电压uab等于从点a 到点b的任一路径上各段电压的代数和,即
解得
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