9-节点电位法

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1.3.3 节点电位法
一.节点电位法的基本思路
如果已知电路中各节点的电位,那么一条支路两节点之
间的电压等于电位之差,支路的电流运用欧姆定律就可以求 得,所以,求电路中各节点的电位是关键。 节点电位为未知量,写出节点方程,从而解出节点电位, 然后求出支路电流,这种分析方法叫节点电位法,简称节点 法。 运用节点电位法求解电路支路电流,可以将电路方程减 少到n-1个。
上式可以归纳得出列写节点电位方程的一般形式为:
该点的电位×自电导+相邻点的电位×互电导=流入该点电流的代数和

G jjVj GjkVk I sjj
Gjj:所选节点的自电导(总取正);
Vj:所选节点的电位; Gjk:相邻节点的互电导(总取负)
Vk:相邻节点的电位;
Isjj:所选节点流入的电流代数和。 (电流从节点流出取负,流入节点取正)
解得:V1=14V
电流源两端的电压
V2=10V
由V1 1 20 U IS 得U IS V1 20 34 V
电流源发出的功率为: PIS U IS 1A 34W
例 3
用节点电位法求图中各支路的电流 A
IR1 R1 4Ω
B
R2 IR2
解:设电路中C点为零电位点,
则: 对节点A有: V A 3V
其二,如果电路含有理想电压源支路,应选择电阻不影响各个节点的电位
(因为理想电流源的内阻为无穷大)。(见例2)
(5)与理想电压源并联的电阻两端电压恒定,对其它 支路的电流和各节点的电位不产生任何影响。 (6)对含有受控源的电路,在列节点方程时应将它与 独立源同样对待,需要时再将控制量用节点电位表示。
二.节点电位法的基本原理 节点电位:电路中某节点与参考节点之间的电压。 参考节点:在电路中可以任意选取。 图中有0、1、2三个节点,设以 节点0为参考点。 标出各支路电流方向,根据KCL 定律写出节点1、2的KCL方程为: 节点1 节点2
I 1 I 2 I I S1 0
I3 I 4 I5 0
练习:求图中各支路电流。
三、节点电位法的求解步骤 (1)选择电路中的参考节点。 (2)列n-1个节点的电位方程。 (3)联立求解方程组,求各节点电位。
(4)求解各支路电路或其它所需量。
四、举例 例1:列出下图中的节点电位方程。 解: (1)选节点4为参考节点:
电路中仅含电流源时,可将电流源一端作为参考点。
(2)利用 G jjV j 如下:
根据欧姆定律和基尔霍夫电压定律 得到: V1 V1 I2 G2V1 I1 G1V1 R2 R1
I3
I4
U12 V1 V2 G3 (V1 V2 ) R3 R3
V2 G4V2 R4
V2 U S 5 V 2 U S 5 I5 G5V2 G5U S 5 R5 R5 R5
结论:两独立节点间含有理想电压源时,需要假 相该支路电流变量,并增补两节点间的电压方程。
五、节点电位法使用注意事项: (1)列节点方程时,自电导前总是正,互电导前总是负。 (2)表示流入节点j的电流的代数和,流入节点j的电流取 正号,流出节点的j电流取负号。 (3)参考点选择:
其一,使参考点与尽量多的节点相邻;
节点1: (
G V
jk k
I sjj 列节点1、2、3的电位方程
1 1 1 1 )V1 V2 V3 I S R1 R5 R1 R5
1 1 1 1 1 节点2: ( )V2 V1 V3 0 R1 R2 R3 R1 R3 1 1 1 1 1 节点3: ( R R R )V3 R V2 R V1 0 3 4 5 3 5
将支路电流代入节点方程并整理得到:
节点1 节点2
(
(
1 1 1 1 )V1 V2 I S1 R1 R2 R3 R3
自电导:某一节点所连的所有 电导,均取正; 互电导:某一节点与相邻节点 之间的电导,总取负。
U 1 1 1 1 )V2 V1 S 5 R3 R4 R5 R3 R5
VD 4.875 V
由欧姆定律得到:
I R1 V V A 7.125 3 B 1.03A R1 4
I R2 VB VC 7.125 0.89A R2 8
I R3
V A VD 3 (4.785) 1.30A R3 6
I R4
VC VD 4.875 0.61A R4 8
1 1 1 对节点B有:( )VB VA I R1 R2 R1
对于节点D有:( 又因:
I + 8Ω
US2 - R4 IR4
12V IR3 R3 6Ω +
C
D
US1 3V -

1 1 1 )VD VA I R3 R4 R3
VB VD 12V
联立求解可得: VB
7.125 V
例2 求解图示电路节点的 电压和电流源发出的功率。 解 :节点1的方程:
1 1 1 20V ( )V1 V2 1A 10 40 40 40V
节点2的方程:
( 1 1 1 1 50V 20V )V2 V1 ` 40 25 30 20 40 20 30 40
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