理论教育 基尔霍夫定律及其应用

基尔霍夫定律及其应用

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:图1-5-2节点电流电流定律的第二种表述为:在任何时刻,电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零,即一般可在流入节点的电流前面取“+”号,在流出节点的电流前面取“-”号,反之亦可。这是基尔霍夫电压定律的另外一种表达形式。

基尔霍夫定律及其应用

1.基尔霍夫电流定律(KCL)

如图1-5-2所示,在节点A上有:I1+I3=I2+I4+I5

图1-5-2 节点电流

电流定律(基尔霍夫电流定律)的第二种表述为:在任何时刻,电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零,即

一般可在流入节点的电流前面取“+”号,在流出节点的电流前面取“-”号,反之亦可。如图1-5-2中,在节点A上有:I1-I2+I3-I4-I5=0。

在使用电流定律时,必须注意:

(1)对于含有n个节点的电路,只能列出n-1个独立的电流方程;

(2)列节点电流方程时,只需考虑电流的参考方向,然后再代入电流的数值。

为分析电路的方便,通常需要在所研究的一段电路中事先选定(即假定)电流流动的方向,叫作电流的参考方向,通常用“→”号表示。

电流的实际方向可根据数值的正、负来判断,当I>0时,表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致;当I<0时,则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。

【例1-5-1】如图1-5-3所示电桥电路,已知I1=25 mA,I3=16 mA,I4=12 A,试求其余电阻中的电流I2、I5、I6

图1-5-3 例1-5-1图

解:在节点a上有

I1=I2+I3

I2=I1-I3=25-16=9(mA)

在节点d上有

I1=I4+I5

I5=I1-I4=25-12=13(mA)

在节点b上有

I2=I6+I5

I6=I2-I5=9-13=-4(mA)(www.daowen.com)

电流I2与I5均为正数,表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同,I6为负数,表明它的实际方向与图中所标定的参考方向相反。

2.基尔霍夫电压定律(KVL)

基尔霍夫电压定律(简称KVL)又称为回路电压定律,是描述电路中各部分电压之间相互关系的定律。

基尔霍夫电压定律的第一种表述为:在任何时刻,沿着电路中的任一回路绕行方向,回路中各段电压的代数和恒等于零,即

∑U=0

在图1-5-4中,若选择abcdea为回路绕行方向,根据基尔霍夫电压定律可得到

图1-5-4 基尔霍夫第二定律

Uac=Uab+Ubc=R1I1+E1,Uce=Ucd+Ude=-R2I2-E2,Uea=R3I3

Uac+Uce+Uea=0

R1I1+E1-R2I2-E2+R3I3=0

上式也可写成

R1I1-R2I2+R3I3=-E1+E2

由此可得

∑RI=∑E

上式表明:对于电阻电路来说,任何时刻,在任一闭合回路中,所有电阻电压降的代数和等于各电源电动势的代数和。这是基尔霍夫电压定律的另外一种表达形式。

利用∑RI=∑E 列回路电压方程的原则如下。

(1)标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行,也可沿着逆时针方向绕行)。

(2)电阻元件的端电压为±RI,当电流I的参考方向与回路绕行方向一致时,选取“+”号;反之,选取“-”号。

(3)电源电动势为 ±E,当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时,选取“+”号;反之,应选取“-”号。

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