电路分析之节点法
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电路分析网孔分析法和节点分析电路分析是电路理论和实际电路设计中的重要部分。
在电路分析中,有两种主要的方法,即网孔分析法和节点分析法。
本文将详细介绍这两种方法,并从理论和实践两个层面对这两种方法进行比较和对比。
首先,我们来看网孔分析法。
网孔分析法是通过将电路划分为若干个网孔来进行分析的方法。
网孔是由电路元件组成的闭合路径。
在网孔分析法中,我们可以根据基尔霍夫定律和欧姆定律,得到各个网孔中的电流和电压之间的关系。
通过解这些方程,我们可以得到电路中各个元件的电流和电压。
相对而言,网孔分析法适用于复杂的电路,因为通过合理划分网孔,可以降低计算复杂度。
其次,我们来看节点分析法。
节点分析法是通过将电路划分为若干个节点来进行分析的方法。
节点是电路中的交叉点或连接点。
在节点分析法中,我们可以根据基尔霍夫定律和欧姆定律,得到各个节点的电流和电压之间的关系。
通过解这些方程,我们可以得到电路中各个元件的电流和电压。
相对而言,节点分析法适用于简单的电路,因为节点分析法只需要解线性方程组,计算较为简单。
接下来,我们比较和对比这两种分析方法。
首先,网孔分析法和节点分析法都是基于基尔霍夫定律和欧姆定律进行分析的。
这两个定律是电路分析的基础,无论是网孔分析法还是节点分析法,都离不开这两个定律。
其次,网孔分析法和节点分析法在计算复杂度上有所不同。
网孔分析法需要对每个网孔进行分析和计算,所以在实际应用中可能需要解较多的方程,计算复杂度较高。
而节点分析法只需要解线性方程组,所以计算复杂度相对较低。
因此,网孔分析法适用于复杂的电路,而节点分析法适用于简单的电路。
最后,网孔分析法和节点分析法在电路分析结果的表示上有所不同。
在网孔分析法中,我们通常会得到各个网孔中的电流值,而在节点分析法中,我们通常会得到各个节点的电压值。
所以,在实际应用中,我们可以根据需要选择不同的方法,以得到更加直观和实用的分析结果。
综上所述,网孔分析法和节点分析法都是重要的电路分析方法,在不同的场景下,可以选择不同的方法进行电路分析。
“小鲍课堂”第一讲——“节点法”的使用规则所谓“节点法”,其实是到高中阶段学习完电势等知识的之后运用的电路计算辅分析方法。
在目前阶段,我只是取其中分析电路的部分,用浅显的语言呈现给大家,以下图例:“节点法”的使用法则:1. 一般从电源正极出发开始标节点(一般用数字“1”表示);2. 同一根导线左右两端为同一节点;3. 经过一个用电器(包括灯泡、各种电阻器、电动机等)则更换一个节点,如图中L1左边为节点“1”,右端则换为节点“2”;4. 一定要最优先标直接导线连接的节点。
(所谓“导线最优先”)5. 每个用电器左右两端共有两个节点,如L2,我们记做“L2左右两端为‘2、3’这组节点”※对于第4点“导线最优先”这个问题,以下面电路图为例:注意:在本图中,由于L2左右两端用一根导线连接,应遵从“导线最优先原则”,所以L2为“2、2”这一组节点,而非“2、3”。
从这点可以归纳出“节点法”应用的第一个判定法则:【小鲍第一定律】:假如一个用电器左右两端节点相同的话,则该用电器被短路。
“小鲍课堂”第二讲用“节点法”判断“并联关系”对于电路分析最常见的问题——电路连接方式的判断,运用“节点法”可以说是“又快又准”,下面我们就一起来看看,如何判断电路中的“并联关系”。
首先我们以一个简单的并联电路为例:例1、按照“节点法”使用法则正确地标定出该电路图的节点,我们发现:L1左右两端为“1、2”这一组节点;L2左右两端为“1、2”这一组节点;L3左右两端为“1、2”这一组节点。
三个用电器左右两端为同一组节点,由此我们得出第二个判定法则:【小鲍第二定律】:当我们正确地标出电路图的节点之后,假如用电器两端均为“同一组节点”的话,则这些用电器为“并联关系”。
下面我们看一个比较复杂的电路:例2、判断电路的连接方式:这个可能让很多同学一眼看过去感觉头都大了,其实这个电路图运用“节点法”正确地出节点之后,问题就迎刃而解了:我们发现:每一个用电器均为“1、2”这一组节点,所以四个灯泡为并联关系所以此电路为并联电路。
§2-2节点(电压)分析法
1.为什么要引入节点(电压)分析法目的:
2.什么是节点(电压)分析法
3.参考节点
4.节点(电压)分析法具体步骤
5.特殊情况
使用支路分析法时,独立方程数目
与支路数相等,当电路的支路数很
多而节点较少时,使用支路分析法
仍要解很多方程,是否有办法可使
方程数减少呢?
一、引入
2、目的:1、原因:减少电路方程的数目。
3、如何实现?
二、节点分析法
1.指导思想:
用未知的节点电压代替未知的支路电压来建立电路方程。
2.节点电压:
独立节点对非独立(参考)节点的电压。
对于有n个节点的电路,只有(n-1)个独立的节点。
3.节点分析法:
用KCL建立节点电流方程,然后用节点电压去表示支路电流,最后求解节电电压的方法。
注意:这里“节点”的含义(1)从节点出发(KCL),(2)用节电电压作变量
①
选参考节点;标出各支路电流参考方向和节点电压。
②
对独立节点列节电电流方程[(n-1)个]。
③
通过KVL和元件特性用节点电压表示支路电流。
④将以节点电压表示的支路电流代入步骤
(2)中的节点方程,整理后可得以节
点电压为变量的规范化的电路方程。
三、具体步骤和注意事项:
1.解题步骤
R
4i4
例说明:
⎧u u 111111
其它量类似。
当支路含有电流源时,该支路等效电流源就是电流源本身;
当支路含有的是有伴电压源时,该支路等效电流源大小为电压源与该支路电导的乘积,方向与电压源为非关联。
有伴电压源支路等效电流源与该支路电流不同(等效电流源只是该支路电流的一部分)。
等效电流源:
注意:
G kk —是连接到节点k 的各支路电导的总和,称为节点k 的
自电导,总为“+”。
G kj —是联接节点k 和节点j 的各支路电导之和的“-”值,
称为节点i 和节点j 的互电导。
I Sk —是流入节点k 的各等效电流源电流的代数和(流入为
“+”,流出为“—”)。
I Sk =i S1+…+i Sj +…
其中:
对于任何具有n个独立节点的电路,有n个方程且每个节点方程可由下述方程描述:自导×本节点电压+∑互导×相邻节点电压=∑(±电压源×该支路电导)+∑±电流源 具体为,对第k个独立节点,节点方程为:
节点k :G k1u 1+…+G kk u k +…+G kn u n =I S k
2、注意事项
1)各支路中的电导应该是该支路中的总电导。
2)自电导和互电导中都不能包括电流源支路中的电
导。
(这是因为此支路的电流与电导无关)
3)对含受控源的支路:
首先把它与独立源一样看待;
然后建立补充方程(因为受控源的出现增加了未
知变量)
4)选好参考节点—可使方程数目减少
①应先选仅含理想电压源支路或仅含受控电压源
支路中的负极性端为参考节点
②应先选电路中相联支路数最多的节点为参考点
四、特点
1.电路方程数少,只需(n—1)个。
(因为
回路方程自动满足—例子说明)
2.可根据电路图直接列写方程,且方程规
范,求解化为数学上解代数方程组
3.独立节点数少于独立回路数的电路;平面
或非平面电路;用于计算机求解电路,如:
PSPICE电路分析软件
五、特殊情况
1、定义:当电路中有一支路是一个(理想)电压源(包
括独立源和受控源)时,这时由于不能等效为电流源,标准式中不是一个确定的常数,不能使用以上规范的方法直接求解。
2、求解方法
(1)混合法——给无伴电压源支路一个假想电流。
步骤:①给无伴电压源支路一个假想电流;
②非特殊情况的各步骤;
③使用无伴电压源支路条件列补充方程。
4
节点法特殊情况解题步骤:
①选择无伴电压源支路两端的独立节点构成超节点;
②按非特殊情况的各步骤;
③使用无伴电压源支路条件列补充方程。
注意超节点方程:
∑超节点中某真实节点的自导×该节点电压
+∑互导×相邻节点电压
=∑(电压源×该支路电导)+∑电流源
其中:自导、互导和相邻节点是对超节点来说的。
i4
R ①②
使用混合法:
习题:
p712-9-2(b),2-9-3
p862-30、2-31、2-33。