线性电路的一般分析方法分解
线性电路分析的基本方法
叠加性
在线性电路中,当有两 个或两个以上的激励同 时作用时,其响应等于 各个激励单独作用时响
应的叠加。
齐次性
在线性电路中,当激励 增大或减小时,其响应 也按相同比例增大或减
小。
无源性与有源性
线性电路中的元件可以 是无源的(如电阻、电 感和电容),也可以是
有源的(如电源)。
线性元件与非线性元件
线性元件
06
非线性电路分析方法简介
非线性元件特性描述
伏安特性
非线性元件的电压与电流之间的关系是非线性的,这种关系可以用伏安特性曲 线来描述。伏安特性曲线可以直观地反映元件的非线性特性,如二极管的指数 特性和晶体管的平方特性等。
电阻、电导与阻抗
对于非线性元件,其电阻、电导和阻抗等参数不再是常数,而是随电压或电流 的变化而变化。这些参数的变化规律可以通过实验测定,并用数学表达式进行 描述。
响应类型
与一阶RC电路类似,一阶RL电路也可能产生指数增长 、指数衰减或振荡响应。
时间常数
描述一阶RL电路响应速度的物理量,等于电感与电阻的 比值(τ = L/R)。时间常数越大,响应速度越慢。
二阶RLC串联电路响应
01 02
二阶RLC串联电路
包含一个电阻、一个电感和一个电容的串联电路。当电路受到激励时, 电感、电容和电阻共同作用,产生一个复杂的随时间变化的电压或电流 响应。
频率响应概念及特点
频率响应定义
描述电路对不同频率信号的传递能力,通常以幅 度和相位响应表示。
频率特性
包括幅频特性和相频特性,反映电路对不同频率 信号的放大、衰减和相位移动情况。
影响因素
电路元件参数、拓扑结构以及信号源和负载阻抗 等。
滤波器类型与性能指标
电路分析基础-线性网络的一般分析方法
支路VAR代入三个KVL方程,消去6个
支路电压,保留支路电流,便得到关于
支路电流的方程如下:
i1 + i2 – i6 =0 – i2 + i3 + i4 =0 – i4 – i5 + i6 =0
KCL
–R1 i1 + R2 i2 + R3 i3 = 0
–R3 i3 + R4 i4 – R5 i5 = 0
注:可去掉方程(6)。
支路法的特点及不足:
优点:直接。直接针对各支路电压或电流列写方程 缺点:需要同时列写 KCL和KVL方程, 方程数较多 (等于支路数b),且规律性不强(相对于后面的方法)。 各支路电流(或电压)并不独立,彼此线性相关。
能否找到一种方法,使方程数最少,且规律性较强?
答案是肯定的。回路(网孔)电流分析法、节点电位 分析法以及割集分析法就具有这样的特点。它们选择一 组最少的独立完备的基本变量作为待求变量,使得方程 数目最少。
a
R3 i3 b i6
(1) 先将受控源看作独立源
i1 R1
i2 +
+ 1R2 u2 2
uS
–
R5
i5 4
列方程;
i1 (2) 将控制量用支路电流表
示,消去控制量。
–
c
解 KCL方程:
-i1- i2+ i3 + i4=0 (1) -i3- i4+ i5 – i6=0 (2)
R4 + u2 –
i4
对平面电路,b–(n–1)个网孔即是一组独立回路。
平面电路。
1 542
3
支路数b=12 节点数n=8 独立KCL数:n-1=7 独立KVL数:b-(n-1)=5
0001. 线性电路的一般分析方法
线性电路的一般分析方法—节点电压法一. 书籍. 《国外电子与通信教材系列–电路》–电子工业出版社–2012年2月–第9版–Page (77‥96). 《中国科学院电子信息与通信系列规划教材–电路分析基础》–科学出版社–2006年8月–第1版–Page (49‥60)二. 线性电路的一般分析方法1. 基尔霍夫定律KCL:Kirchhoff’s Current Law基尔霍夫电流定律KVL:Kirchhoff’s V oltage Law基尔霍夫电压定律2. 线性电路的一般分析方法已知线性电路中有n个节点、b条支路,则对于不同的分析方法,所需独立方程的数目见下。
⑴. 2b法,需列出2b个独立方程根据KCL:列写n-1个独立方程;根据KVL:列写b-(n-1)=b-n+1个独立方程。
求得2b个结果:b条支路中的电流、b条支路的两端电压。
⑵. 1b法,需列出b个独立方程a. 支路电流法将支路电压用支路电流表示,代入2b法中的KVL方程;加之支路的KCL方程,则得到以支路电流为电路变量的b个独立方程。
求得b个结果:b条支路中的电流。
b. 支路电压法将支路电流用支路电压表示,代入2b法中的KCL方程;加之支路的KVL方程,则得到以支路电压为电路变量的b个独立方程。
求得b个结果:b条支路的两端电压。
⑶. 节点电压法,需列出n-1个独立方程任意假定某一节点为参考节点(0V),则其余n-1个节点对于参考节点的电压值就称为节点电压,节点电压是一组独立完备的电压变量;将n-1个节点电压作为未知变量,列写出n-1个KCL方程。
求得n-1个结果:n-1个节点对于参考节点(假定为0V)的电压差值。
⑷. 网孔电流法⑸. 回路电流法⑹. 割集分析法3. 平面电路、非平面电路任意的两条支路,除了端点之外均不相交,或者说是在空间上没有上、下交叠关系,这样的电路称为平面电路。
否则,称为非平面电路。
(参照《电路分析基础》Page12)网孔电流法仅适用于平面电路,其它各法对于平面电路、非平面电路均适用。
第三章线性网络的一般分析方法和网络定理
1.节点电压
以图3-1所示的直流网络 为例。这个网络具有4个节点, 6条支路。标明各支路电流参 考方向,如图3-1所示。
3-1
图 节 点 分 析 法 用 图
2.节点方程
以图3-1所示的直流电路为例, 阐明节点方程的导出步骤。
① 选定参考节点(本例以节点4为 参考节点),标明各支路电流的参考方 向,如图3-1所示。
在应用叠加定理时,应该注意以下 几点:
① 当令某一激励源单独作用时,其 他激励源应为零值,即独立电压源用短 路代替,独立电流源用开路代替,储能 元件的初始储能设为零。
② 电路中的受控源不能单独作用。
③ 叠加定理只适用于计算电流或电 压,不适用于计算功率。
3.5 替 代 定 理
在具有唯一解的线性或非线性网络 中,若已知某一支路的电压uk或电流ik, 则可用一个电压为uk的理想电压源或电 流为ik的理想电流源来代替这条支路,而 对网络中各支路的电压和电流不发生影 响。这就是替代定理,也叫置换定理。
替代定理不仅适用于直流网络,也适 用于正弦交流网络。不仅一个二端元件或 一条支路可以用理想电压源或理想电流源 代替,任何一个二端网络,包括有源二端 网络,也可用理想电压源或理想电流源代 替。更广泛地说,网络中的任何一个响应 (电压或电流),一般均可以函数形式相同 的激励(理想电压源或理想电流源)替代, 而不致影响网络中其他的响应。
戴维南定理指出:线性含源单口网络 N,就其端口来看,可等效为一个电压源 串联电阻支路(如图3-41(a)所示)。电压源 的电压等于该网络N的开路电压uoc(如图341(b)所示);串联电阻R0等于该网络中所有 独 立 源为 零 值时 所 得网 络 N0的 等 效电 阻 Rab(如图3-41(c)所示)。
电路分析基础课件第3章线性网络的一般分析方法
线性网络的等效分析方法
线性网络的等效分析方法主要包括: 节点电压法、网孔电流法、戴维南定 理、诺顿定理等。
网孔电流法是通过求解网孔电流来分 析电路的方法,适用于具有多个网孔 和多个支路的复杂电路。
节点电压法是通过求解节点电压来分 析电路的方法,适用于具有多个独立 节点和多个支路的复杂电路。
戴维南定理和诺顿定理都是将复杂电 路等效为简单电路的方法,通过应用 这些定理,可以简化电路的计算和分 析过程。
稳定性判据
通过计算网络的极点和零点来判断网络的稳定性 。
3
不稳定性的处理
通过引入反馈或改变网络结构来改善网络的稳定 性。
05
线性网络的一般分析方法
线性网络的一般分析步骤
01
02
03
04
建立电路模型
根据实际电路,抽象出电路元 件和电路结构,建立电路模型
。
列出电路方程
根据基尔霍夫定律,列出线性 网络的节点电压方程和回路电
表示。
线性方程
描述电路元件电压和电流关系的数 学方程,其形式为y=kx+b,其中 k为斜率,b为截距。
线性元件
其电压和电流关系可以用线性方程 表示的元件,如电阻、电容、电感 等。
线性网络的基本元件
01
02
03
电阻元件
表示为欧姆定律,即电压 与电流成正比,其阻值是 常数。
电容元件
表示为电容的定义,即电 压与电荷成正比,其容抗 是常数。
03
线性网络的系统分析
系统的概念
系统是由若干相互关联、相互作 用的元素组成的集合,具有特定
功能和特性。
在电路中,系统通常由电阻、电 容、电感等元件组成,用于实现
某种特定的功能。
线性电路的分析方法解析
线性电路的分析方法解析线性电路是由被动元件(如电阻、电容、电感等)和有源元件(如电源、放大器等)组成的一种电路。
线性电路主要通过应用基本电路定律和电路分析方法来分析和解决电路问题。
以下是常见的线性电路分析方法:1.基本电路定律:线性电路分析的基础是基本电路定律,包括欧姆定律(电流与电压成正比关系)、基尔霍夫电压定律(环路电压之和为0)和基尔霍夫电流定律(节点电流之和为0)。
通过这些定律可以建立电路的等式,进一步解决电路问题。
2.等效电路:将复杂的线性电路简化为等效电路是简化分析的常见方法。
等效电路可以用简单的电路元件(如电阻、电流源等)来代替原始电路,但仍然保持电路特性不变。
常见的等效电路包括电阻串联、并联、电流源串联和电压源并联等。
3.节点电压法:节点电压法是一种常用的线性电路分析方法。
它通过将电路中的节点连接到地(或任意选定基准点)上,使用基尔霍夫电流定律分析各节点的电压。
通过列写节点电压方程,可以解得节点的电压值,进而计算电路中的电流和功率等参数。
4.微分方程法:微分方程法是分析线性电路的另一种常见方法。
通过对电路中的元件进行建模,可以得到元件之间的基本关系式,进而得到描述电路行为的微分方程。
通过求解微分方程可以得到电路中的电流和电压等参数。
5.模拟计算:模拟计算是一种常用的线性电路分析方法。
通过使用模拟计算软件,将电路图输入并设置元件参数和初始条件,软件可以自动计算电路中的电流、电压和功率等参数,并绘制相应的波形图。
模拟计算可以方便地分析复杂的线性电路,并可以进行参数的优化和灵敏度分析。
6.相量法:对于交流电路,相量法是一种便捷的分析方法。
相量法将交流电压和电流看作有大小和相位的量,通过将它们用复数表示来进行分析。
通过相量法可以方便地计算交流电路中的电路参数,如电流、电压、功率等。
7.频域分析:频域分析是分析交流电路的另一种常用方法。
频域分析通过将电路中的电压和电流信号进行傅里叶变换,将它们从时域转换为频域。
电路分析的一般方法
1.1电路分析的一般方法1.1.1支路电流分析法1)适用范围对任何线性电路都适用。
2)支路电流分析法的详细解题步骤①设定各支路电流的参考方向和网孔(回路的)绕行方向。
②当电路中有n个节点时,泽列出(n-1)个节点的kcl电流方程。
③当电路中有m个网孔时,则列出m个网孔的kvl电压方程。
④联立求解方程组,得出各支路电流1.1.2 节点电压分析法1)适用范围节点少的电路。
2)节点电流法的详细解题步骤①设定各支路电流的参考方向②选取某一节点为参考节点(点位为零)③当电路中有n个节点时,则列出(n-1)个节点的节点电压方程④解出方程3)补充概念和方程①自电导:流入节点的所有支路的电导和(恒为正)。
②互电导:本节电与其他节点相连支路上的电导(恒为负)。
③节点电压方程:自电导x节点电压-所有支路上的(互电导x相连节点电压)=流入(正)或流出(负)所有电流源之和1.1.3网孔电流分析1)适用范围仅适用于平面电路。
2)网孔电流分析法的详细解题步骤①将所有网孔设置相同参考方向(顺时针或逆时针,这样可以使互电阻全部为负)。
②将每一个网孔设置一个未知电流I 。
③列出m个网孔电流方程(默认参考方向一致,互电阻全部为负数)。
④解出方程3)补充概念和方程①自电阻:网孔上的所有电阻之和(恒为正)。
②互电阻:俩个相邻网孔公共支路中所有电阻之和(网孔与相邻网孔方向参考方向一致为负,参考方向不一致则为负)③网孔电流方程:自电阻x网孔电流-相邻网孔上的(互电阻x相邻网孔电流)=所有电压升之和(电压升为正,电压降为负)1.1.4回路电流分析1)适用范围比较节点和回路的多少,回路少时用回路电流法,节点少时用节点电压法。
与网孔电流法比较能够适用更复杂的电路当中。
2)回路电流分析法的详细解题步骤与网孔电流法基本一致(网孔分析法是回路电流的特殊情况)3)补充概念①支路:电路中的每一个分支②回路:电路中的闭合路径③网孔:内部不含有任何支路的回路,即“空心”回路。
线性电阻电路的一般分析方法-A
受控源是电路中一种特殊的元件,其电压或电流受其他元件的控制。通
过应用叠加定理,可以将受控源转化为独立源,从而简化电路分析和计
算。
THANKS.
叠加定理的步骤
1. 将复杂电路分解为若干个独 立源和电阻元件的简单电路。
2. 分别计算各个独立源单独作 用于电路时产生的电流或电压
。
3. 将各个电流或电压值进行代 数相加,得到总电流或电压。
4. 根据总电流或电压和电阻值 ,计算出任意支路的电流或电 压。
叠加定理的应用实例
01
1. 计算复杂电路的总电阻
网孔分析法的步骤
确定网孔
根据电路图,将电路分解 为若干个网孔,每个网孔 由一个或多个支路组成。
设定电流变量
在每个网孔中设定一个 电流变量,并标明电流
的方向。
列写方程
解方程
根据基尔霍夫定律(KCL) 和欧姆定律,列出每个网孔
的电压和电流方程。
求解列出的方程组,得 到各网孔的电流和电压。
网孔分析法的应用实例
线性电阻电路的分析
05
方法-叠加定理
叠加定理的原理
叠加定理是线性电路的基本性质,它表明在多个独立源共同作用的线性电阻电路 中,任一支路的电流或电压等于各个独立源单独作用于电路时在该支路产生的电 流或电压的代数和。
叠加定理只适用于线性电阻电路,对于非线性元件或含有非线性元件的电路,叠 加定理不成立。
线性电阻电路的一般分 析方法-a
目录
• 线性电阻电路的基本概念 • 欧姆定律与基尔霍夫定律 • 线性电阻电路的分析方法-节点分析法 • 线性电阻电路的分析方法-网孔分析法 • 线性电阻电路的分析方法-叠加定理
线性电阻电路的基本
01
线性电路的一般分析方法
im2=-1A
(4)计算支路响应电压U1
网孔分析法中,用网 孔电流表示各支路电压, 利用KVL列写网孔方程。 而对于电路中含有独立电 流源时,电流源两端电压 不能用网孔电流表示。对 于这类问题,可分两种情 况处理: (1)如果电路中电流源 两端并有电阻,可利用等 效变换,将电流源等效为 电压源。
(2)如果电流源两端没并电 阻,又可分为两种情况处理。 若该电流源为某一网孔所 独有,则该网孔电流可直接 求得。依关联方向,该网孔 电流为电流源电流或其负值。 网孔方程可略去。 若该电流源为两网孔所共 有,则可将电流源两端电压 设为未知量。先依据网孔电 流法列写各网孔方程,再以 辅助方程表示该电流源电流 与两相关联网孔网孔电流的 关系。
3-1
网孔分析法
熊小丽 罗珊
主讲人:王琳
黄炎子
线性电路的一般分析法的优点:
适用于任何线性电路,具有规律性、普遍性,系统化
线性电路的一般分析方法包括:
支路电流法、网孔分析法、节点分析法、回路分析法、割 集分析法 这些分析方法都是建立在基尔霍夫定律、欧姆定理及网 络图论的基础上,它们都能利用系统的方法列出描述电路 的方程,进行一般性的分析。其中网孔分析法和节点分析 法列写方程步骤简单、规律明显、易于掌握,是电路分析 中常用的方法。
m1
USm2 =US3 – US2
USm3 = - US4
分别为各网孔中沿网孔电流方向电压源电压升的代数和
互电阻正负值取决于相关网孔电流流过公共电阻时相互 的方向关系。 同向为正,异向为负 若各网孔电流一律取顺时针方向或一律取逆时针方向, 则互电阻必为负值。
对于具有 m个网孔的平面电路,网孔方程的一般形式为
i5 = im2 - im3 =4.5-1.5=3A
第3章 电路分析的一般方法
−
uS1
−
uS2
4
R11、R22、R33 为相应回路中所有电阻之和,称为自
阻,自阻总为正值;
R12、R13、R21、R23、R31、R32 为互阻,互阻是相邻回
路间的公共电阻,其值可正可负可为零。当两个回路 电流同向流过互阻时,取正号,否则取负号;
uS11、uS22、uS33 分别表示各回路独立源电压升之和。
iL1
R2 R3 i3
iL2
i2
+
求出 i3 = iL1 = 10A i2 = −iL2 = 6A
i1 = iL1 + iL2 = 4A
uS1
+
−
−
uS2
【例3-5】求所示电路的各支路电流。已知
uS1 = 140V R1 = 20Ω R2 = 5Ω R3 = 6Ω iS2 = 6A
解 方法一
已知 iL2 = iS2 = 6A
L = b − (n − 1)
R3
i3
1
R1
+
i5 R5 i1
Ⅰ
Ⅲ
2 i6 R6
Ⅱ
Ⅰ − R1i1 + R4i4 + R5i5 = uS1
R2
i4 R4
3 i2
Ⅱ − R2i2 − R4i4 + R6i6 = −uS2 Ⅲ
R3i3 − R5i5 − R6i6 = 0
(3 − 5)
−Leabharlann uS1+−
uS2
u6 = u4 − u5 = u N1 − uN 2 + u N2 − uN3 = uN1 − uN3
iS1
R6 i4 R4 i1 R1
线性电路的分析方法和网络定理
线性电路的分析方法和网络定理
线性电路的分析方法主要有两种:基尔霍夫定律分析法和等效电路法。
1. 基尔霍夫定律分析法:
基尔霍夫定律是指基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
根据基尔霍夫电流定律,一个节点的进入电流等于离开电流的代数和。
根据基尔霍夫电压定律,一个回路中所有电压的代数和等于零。
利用这两个定律,可以列出若干个方程来求解电路的未知量,比如电流和电压。
2. 等效电路法:
等效电路法是指通过将复杂的线性电路简化为等效电路,再进行分析。
常见的等效电路包括电阻、电容和电感等。
通过将电路中的各个元件用等效电路替代,可以用简单的电阻、电容和电感的连接方式来分析电路。
等效电路法可以大大简化复杂的电路分析过程,使得计算更加方便。
网络定理是一种用于分析线性电路的重要工具,常见的网络定理包括:欧姆定律、基尔霍夫定律、奥姆-柯西定律、叠加原理、原电流原压理论、特尔肯定理等。
这些定理可以用来简化电路分析过程,提高分析的效率和准确性。
例如,奥姆定律可以通过电压和电阻的关系来计算电流;叠加原理可以将复杂电路分解为几个简单电路进行分析;特尔肯定理可以通过等效电路简化电路分析等。
线性电路分析方法
线性电路分析方法
简单电路:仅有一个独立节点或一个回路. 复杂电路:含有多个节点或回路。 平面电路:可画在一个平 面上,且使各条支路除连 接点外不再有交叉支路的 电路。
对于平面电路,可以引入 网孔的概念。
1
3-1 支路法:
定义:以支路电压、支路电流为待求量列写电路方程 求解电路的方法。 KCL方程列写: (3个) - i1 + i2 + i3=0 - i2 + i4 + i6=0 - i3 + i5 - i6=0 i1 方程列写: – i4 - i5=0 KVL (3个) - u1+ u2 + u4 = 0 - u2 + u3 – u6 = 0
回路电流,列写其余方程时避开该理想电流源支路。
ia
ib
ic
ia =1.6 -10ia+18ib-4ic=0 -4ib+6ic=-70
ia + u -
ib
ic
12ia- 2ib = -u -2ia+10ib-4ic= u -4ib+6ic= -70 ib-ia=1.6
方法3: 设理想电流源端电压,将此电压暂当作电压源电压列 写方程,并利用理想电流源与相应回路电流关系补充方程。
I3 20 10 8 20 10 8
I1 I2
10 24 4 10 24 4
I3
8 4 20 40 20 20
9
=-0.956A
i = I3= -0.956A
2、求图示电路中各支路电流。
I1
I2
I3
ia ib
(1) 选择网孔电流,参考 方向取顺时针方向; (2) 列写网孔电流方程: 15ia - 5 ib = 40 - 5ia +20 ib = 5 (3) 解网孔电流 ib = 1A ia = 3A (4) 求各支路电流 I1 =ia = 3A I2 = ib = 1A I3 = ia - ib = 2A (10ia+ 5 ib = 35+10)
电路分析(第六版)线性电路的一般分析方法和基本定理
线性电路的一般分析方法和 基本定理 例 3.8 求图3.18所示电路中的电流I。
图 3.18 例3.8图
线性电路的一般分析方法和 基本定理
解 (1)按规范方程形式建立与独立节点相等的 KCL方程 组:
线性电路的一般分析方法和 基本定理 故得节点方程为
线性电路的一般分析方法和 基本定理 例 3.9 用节点电位法分析图3.19所示电路。
图 3.20 例3.10图
线性电路的一般分析方法和 基本定理
线性电路的一般分析方法和 基本定理 例3.11 电路如图3.21所示,试求节点电 位φ1。
图 3.21 例3.11图
线性电路的一般分析方法和 基本定理
线性电路的一般分析方法和 基本定理 例3.12 用节点电位法分析图3.22(a)所示电路。
式(3-5)中各方程称为网孔电压方程,简称网孔方程。其 中R11、R22分别称为网孔Ⅰ、Ⅱ的自电阻,等于各自网孔中全 部电阻之和,恒为正值。R12、R21称为互电阻,可正可负;当 相 邻两网孔电流通过公共支路时的方向一致,则互电阻为正值; 不一致时,互电阻为负值。 在选定网孔电流都是顺时针(或都 是逆时针)方向的情况下,互电阻都是负的。US11、US22为 网 孔Ⅰ、Ⅱ中所有电压源电压的代数和。各电压源前面符号的 确定原则是:按网孔电流的 箭头方向走,先遇到负极的电压源 前面取“+”号,反之取“-”号。
(3)联立求解(Δ=24,Δ1=36,Δ2=10,Δ3=26),得 则
线性电路的一般分析方法和 基本定理 例3.4 试求图3.8(a)所示电路中各支路电流及电流源两端
电压U。
图 3.8 例3.4图
线性电路的一般分析方法和 基本定理
线性电路的一般分析方法和 基本定理 例3.5 求图3.9(a)所示电路中的各支路电流。
线性电路的分析方法
线性电路的分析方法网孔电流法是以网孔电流作为电路的变量,利用基尔霍夫电压定律列写网孔电压方程,进行网孔电流的求解,然后再根据电路的要求,进一步求出待求量。
网孔电流法的一般步骤:1,选定各网孔电流的参考方向2,按照网孔电流方程的一般形式列出各网孔电流方程。
自电阻始终取正值,互电阻前的号由通过互电阻上的两个网孔电流的流向而定,两个网孔电流的流向相同,取正;否则取负。
等效电压源是理想电压源的袋鼠和,注意理想电压源的符号。
3,联立求解,,解出各网孔电流。
4,根据网孔电流再求待求量。
含独立电流源电路的网孔方程1,若有电阻与电流源并联,则转化为电压源电路;2,若没有电阻与电流源并联,则增加电流源两端电压做变量建立方程,这是需要补充电流源与网孔电流的关系方程。
节点电压法是以节点电压为求解电路的未知量,利用基尔霍夫电流定律和欧姆定律导出(n-1)个独立节点电压为未知量的方程,联立求解,得出各节点电压。
然后进一步求出各待求量。
节点电压法适用于节后复杂、非平面电路、独立回路选择麻烦/以及节点少/回路多的电路的分析求解。
对于n个节点,m条之路的电路,节点电压法仅需(n-1)个独立方程,比之路电流法少[m-(n-1)]个方程。
节点电压方程的一般步骤:1,指定电路中某一节点为参考点,标出各独立节点点位(符号)2,按照节点电压方程的一般形式,根据实际电路直接列出各节点电压方程列写第K个节点电压方程时,与K节点相连接的之路上电阻元件的电导之和(自电导)一律取“+”号;与K节点相关联之路的电阻元件的电导(互电导)一律去“—”号。
流入K节点的理想电流源的电流取“+”号;流出的则取“-”号。
含独立电压源电路的节点方程1.若有电阻与电压源串联,则转化为电流源电路2.若没有电阻与电流源并联,则增加电压源的电流做变量建立方程,这时需补充电压源与节点电压的关系方程。
第3章 线性电阻电路的一般分析方法
设回路电流Ia、 Ib和 IC,参考方向如图所示。
(1) 将VCVS看作独立源建立方程;
4Ia-3Ib=2
-3Ia+6Ib-Ic=-3U2
①
-Ib+3Ic=3U2
(2) 找出控制量和回路电流关系。
U2=3(Ib-Ia)
②
将②代入①,得
4Ia -3Ib = 2 -12Ia+15Ib-Ic = 0 9Ia -10Ib+3Ic= 0
回路法的一般步骤:
(1) 选定l=b-(n-1)个独立回路,标明回路电流及方向; (2) 对l个独立回路,以回路电流为未知量,列写
其KVL方程; (3) 求解上述方程,得到l个回路电流; (4) 求各支路电流(用回路电流表示);
网孔电流法(mesh-current method) 对平面电路(planar circuit),若以网孔为独立回 路,
iS3
un1 1 i3
R3
un2 2
iS1
i1
i2
i5
R1 iS2
R2 i4 R4
R5
0 G11=G1+G2+G3+G4 —节点1的自电导,等于接在节点1上所
有支路的电导之和。
G22=G3+G4+G5 — 节点2的自电导,等于接在节点2上所有 支路的电导之和。
G12= G21 =-(G3+G4) — 节点1与节点2之间的互电导,等于 接在节点1与节点2之间的所有支路的 电导之和,并冠以负号。
整理得
(R1+ R2) il1-R2il2=uS1-uS2
- R2il1+ (R2 +R3) il2 =uS2
(3)解上述方程,求出各回路电流,进一步求各支路 电压、电流。
第六章 线性电路的基本分析方法
负号的物理意义表明电流源输出功率。
PR 1 I1 R1 12 2 2 W PR 2 I 2 R2 (0.455 ) 2 2 0.41W
PR L I 3 RL (0.545 ) 2 20 5.94 W
S
2
2
2
负载消耗的功率为 P U
PR1 PR2 PRL 4.55 2 0.41 5.94 12.9W
然而,直接应用2b法求解较为繁琐。在实际应用中,所 求的电路响应往往只是某些支路的电流或电压。即使既需要 求电压又需要求电流时,当求出支路电流(或电压)后,应 用支路的VCR很容易得出其电压和电流。尤其对线性电阻而言, 其电压和电流之间的关系只相差一个比例系数R。因此,可应 用VCR将各支路电压以支路电流来表示。然后代入KVL方程, 这样,就将2b个方程数减少了一半,得到了以b个支路电流为 未知量的b个KCL和KVL方程,继而求解。这种方法称为支路电 流法。
解 电路中含有一电流源 iS 2A 。首先将图(a) 等效变换为图(b)。 在图(b)中只含电压源,标定各网孔电 流 I m1、I m2、I m3,则由KVL可列写其网孔方程为:
4I m1 I m2 I m3 1
(1) (2)
I m1 4I m2 I m3 4
I m1 I m2 4I m3 9
解 该电路共有3条支路2个节点(a、b),各支 路电流的参考方向如图所示,其中有一条 支路含已知的电流源IS1,故只要解出另外两 条支路电流I2和I3以及电流源IS1两端的电压 Udb,而Udb取决于电流源IS1的外部电路。由 KCL和KVL可列写如下方程组:
节点a 回路1 回路2
I1 I 2 I 3 0
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G1 G 2 u1 G 2u 2 i s1 i s3 G 2u1 G 2 G 4 G 5 u 2 G 4u 3 0 G 4u 2 G 4 G 6 u 3 i s3
3-2 节点电压法
节点电压法一般形式: 对于具有n个独立节点的线性网络,当只含有电 阻和独立电流源时,有:
G11u1 G12u 2 ... ... G1nu n i s11 G 21u1 G 22u 2 ... ... G 2nu n i s 22 ........... G u G u ... ... G u i n2 2 nn n snn n1 1
其中, G11=G1+G2, G22=G2+G4+G5, G33=G4+G6,G12=-G2, G21=-G2, G23=-G4, G32=-G4, is11=is1-is3,is22=0,is33=is3。
3-2 节点电压法
G11u1 G12u2 is11 G21u1 G22 u 2 G 23 u 3 is22 G32 u 2 G33 u 3 i s 33
运用克莱姆法则即可解得该方程组。 书后习题3.4
节点电压法例题
例1:用节点电压法求 电流i和电压u。 解
1、设定参考点及其 节点电压 2、列写方程
1Ω 2Ω
_ 20V +
Un1 10A
i Un2 5A
2Ω _ 40V +
+ u _
Un3 10Ω _ 10V +
解得:
U n1 14V U n 2 22V u U n3 0 i (U n1 U n 2 ) / 2 4A
3-2 节点电压法
推导过程:
3-2 节点电压法
以图示电路为例,设④为参考节点,则①② ③点对④点的电压即为3个独立的节点电压, u1、u2、u3 分别设为 对节点①②③,列写KCL方程:
i1 i 2 i s3 i s1 0 i 2 i 4 i 5 0 i s 3 i 4 i 6 0
3-2 节点电压法 由各电阻元件的VCR,有:
i1 G1u1, i 2 G 2 u1 u 2 i5 G5u 2, i 6 G 6u 3 i 4 G 4 u 2 u 3 ,
3-2 节点电压法
i1 i 2 i s3 i s1 0 i 2 i 4 i 5 0 i s 3 i 4 i 6 0
3-2 节点电压法
G1 G 2 u1 G 2u 2 i s1 i s3 G 2u1 G 2 G 4 G 5 u 2 G 4u 3 0 G 4u 2 G 4 G 6 u 3 i s3
由上式可解出 u1、u2、u3的值。 可将上式写成下面的标准形式:
3-2 节点电压法
列写节点方程的规则的文字表述:
本节点电压乘本节点自电导,加上相邻节点电 压乘相邻节点与本节点之间的互电导,等于流入本 节点所有电流源电流的代数和。 注意:
1)当网络中含有电压源与电阻串联支路时,应将 该支路等效为电流源与电阻并联。
2)当网络中含有电流源与电阻串联时,该电阻既不 能计入自电导也不能计入互电导中。
G11u1 G12u2 is11 G21u1 G22 u 2 G 23 u 3 is22 G32 u 2 G33 u 3 i s 33
3-2 节点电压法
G11u1 G12u2 is11 G21u1 Gห้องสมุดไป่ตู้2 u 2 G 23 u 3 is22 G32 u 2 G33 u 3 i s 33
等式左边 、 、 G33 为节点①②③的自 等式右端 s11 、 iG22 s22、 i是节点①和节点②之 s33 为流入节点①、②、 G12=G21iG11 、 G23=G32 电导,它等于连接到每个相应节点上的所有支路 ③的电流源电流代数和。流入节点的电流取正, 间、节点②与节点③之间的互电导,它们等于 电导之和。自电导总为正; 流出为负。 两节点间所有公共支路电导之和的负值。
3-2 节点电压法 例3-2:列写图示电路的节点电压方程。
1V 1
1s
0.1s
2
0.5s
0.5A
3
1A 0.1s
1s
0.5s
2A
4
3-2 节点电压法
首先设定参考节点。设④为参考节点,节点① ②③的电压 u1、u2、u3即为独立节点电压,根 据方程列写规则,则有:
0.1 1 0.1 u1 1 u 2 0.1 u 3 1 1 0.1 1 u1 1 1 0.5 u 2 0.5 u3 0.5 0.1 u1 0.5 u 2 0.5 0.1 u 3 2 0.5 1 0.1
例2:用节点电压法 求各节点电压。
Un1 1Ω Un2 4Ω
2A Un3 1Ω 2Ω
3Ω
+ 6V _
6Ω
+ 12V _
解
与电流源串联的电阻应短路处理。 解得: U 5V n2
U n 3 2V U n1 6V
特殊情况分析:
1.电路中某支路为理想电压源的情况
将电压源按输出电流为i的电流源处理,然后按节 点法的一般规则列写节点电压方程。
第三章 线性电路的一般分析方法
3-2 节点电压法
1.
基本思路
对于包含b条支路n个节点的电路,假设任一节 点作为参考节点,则其余n-1个节点作为节点电 压。 以节点电压作为未知变量并按一定规则列写电 路方程。 解得各节点电压,根据KVL可解出电路中所有 的支路电压,再由电路各元件的VCR关系可进一 步求得各支路电流。