一個(gè)電路能夠?qū)崿F(xiàn)某種確定的功能,這個(gè)功能是通過(guò)每一個(gè)元件的功能與它們之間的配合而體現(xiàn)出來(lái)的。每一個(gè)元件的功能取決它的電磁特性,它滿足特定的電壓電流關(guān)系(如前面講的電阻元件、電容元件、電感元件等)。而它們組合起來(lái)以后構(gòu)成一個(gè)電路,元件之間的電壓關(guān)系或電流關(guān)系滿足基爾霍夫定律。
1. concepts 基本概念
branch 支路
連接在電路中的一個(gè)二端元件就是一條支路。通常有確定的電流流過(guò)該支路。(這個(gè)定義不是普遍的。比方,兩個(gè)元件串在一起再連在電路里,也只能算一條支路。)
node 結(jié)點(diǎn)
支路與支路的連接點(diǎn)叫結(jié)點(diǎn)。通常電流在結(jié)點(diǎn)處分岔。
loop 回路
由支路構(gòu)成的閉合通路叫回路。
6個(gè)元件,6條支路,4個(gè)結(jié)點(diǎn),3個(gè)獨(dú)立回路。
2. kirchhoff's current law 基爾霍夫電流定律kcl
kcl的文字表述
“對(duì)于集總電路的任一結(jié)點(diǎn),任何時(shí)刻流入的電流等于流出的電流(或者流出/入的電流代數(shù)和恒等于0)”。
kcl的數(shù)學(xué)表示: ∑ i ( t ) = 0
kcl的物理含義:電荷守恒
注意:kcl不僅適用于一個(gè)結(jié)點(diǎn),也適用于電路的一個(gè)部分,如上圖的陰影部分:i3=i6。
3. kirchhoff's voltage law基爾霍夫電壓定律kvl
kvl的文字表述
“在集總電路中,任何時(shí)刻,沿任一回路,所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零(或電壓降為0)”。
電壓值的正負(fù)取決于電壓參考方向和回路的繞行方向。通常約規(guī)定,電壓的參考方向與繞行方向一致者,取正號(hào),否則取負(fù)號(hào)。
kvl的數(shù)學(xué)表示: ∑ u (t) =0
kvl的物理含義:能量守恒。
4. attention 基爾霍夫定律應(yīng)用說(shuō)明
基爾霍夫定律是電路應(yīng)滿足的普遍定律,與具體的元件性質(zhì)無(wú)關(guān);
基爾霍夫定律適用任何集總電路,即非線性、時(shí)變電路等;
應(yīng)用步驟:
a. 劃分出支路,并編號(hào);
b. 指定支路電流、電壓參考方向、一般要關(guān)聯(lián);
c. 根據(jù)題意選擇合適的節(jié)點(diǎn),應(yīng)用kcl;
d. 或根據(jù)題意選擇合適的回路,應(yīng)用kvl,注意獨(dú)立性。
例:應(yīng)用 kvl 推導(dǎo)串聯(lián)電阻電路中總電阻與分電阻的關(guān)系和分壓公式。
按照?qǐng)D中標(biāo)定的電流電壓參考方向和回路繞行方向,應(yīng)用kvl:
-u+u1+u2+…+un = 0 或 u=u1+u2+…+un
因?yàn)槊恳粋€(gè)電阻的電壓電流遵守歐姆定律:uk=irk,故有:
u = i × r1 + i× r2 +...... +i× rn
= i× ( r1+r2+…+rn)
= i re
其中:
re=r1+r2+…+rn , 即為總電阻或等效電阻。
uk = irk=( u/re ) rk
即串聯(lián)電路的分壓公式