基爾霍夫定律是描述電路中電壓、電流遵循的最基本的規律。在介紹基爾霍夫定律之前,首先介紹若干表述電路結構的名詞。
一、支路、節點、回路
圖1-4-1
支路:單個或若干個元件串聯成的分支稱為一條支路。例如圖1-4-1所示電路中含有6條支路:和電壓源
串聯成一條支路;
和電壓源
串聯成一條支路;
、
、
和
分別單獨成為一條支路。
節點:三條或三條以上的支路的聯接點稱為節點。圖1-4-1中含有4個節點①②③④ 。
回路:由若干支路組成的閉合路徑。在圖1-4-1所示電路中,和
、
、
所在的三條支路組成一個回路;
和
、
和
、
所在的三條支路組成一個回路;
、
、
和
、
所在的四條支路也組成回路。
網孔:回路內部不含有支路的回路稱為網孔。上述的和
、
、
所在的三條支路組成的回路就是網孔。
二、基爾霍夫電流定律()
基爾霍夫電流定律反映了聯接于任一節點上各支路電流的約束關系,其內容為:流出(或流入)任一節點的各支路電流的代數和為零,其數學表達式為:
??????? ???????????????????????(式1-4-1)
其中規定:流出節點的電流取正號,流入節點的電流取負號。
在圖1-4-1所示電路中,可寫出各節點的方程:
對于節點①:
節點②:
節點③:
節點④:
三、基爾霍夫電壓定律
基爾霍夫電壓定律反映了任一回路中各電壓的約束關系,其內容為:在電路的任一閉合回路中,各支路電壓的代數和為零,其數學表達式為:
? ?(式1-4-2)
式中電壓的正負號根據支路電壓和回路繞向而定。在列寫方程時,首先要對所分析的回路選擇一個繞行方向,順時針或逆時針。當支路電壓的參考方向與回路繞行方向一致時,取正號;反之,取負號。
圖1-4-3所示是某電路中的一個回路,由四條支路組成,各支路電壓和電流的參考方向如圖所示,選擇順時針方向作為該回路的繞行方向,則有:
??????????????????????????? (式1-4-3)
??????????????????????????
根據各支路的組成元件,寫出各支路電壓的具體表達式如下:
?????????????????????????????? (式1-4-5)
將(式1-4-5)代入(式1-4-3),并整理得到:
???????????? (式1-4-6)
(式1-4-6)左邊是沿繞行方向回路中全部電阻元件上電壓降的代數和,當電阻電壓的參考方向與回路繞行方向一致時取正號,反之取負號;右邊是沿繞行方向回路中全部電壓源電勢的代數和,當電壓源電勢方向與回路繞行方向一致時取正號,反之取負號。于是,得到基爾霍夫電壓定律的推論:沿任一回路,各元件(無源元件)上電壓降的代數和等于該回路中各電壓源電勢的代數和。在只含有電阻元件的電路中,其表達式為:
上式中當各元件電壓、各電壓源電勢的參考方向與回路繞行方向一致時取正號,相反時取負號。
例1-4-1? 如圖1-4-4所示,已知,試求電流I為多少?
解:選取最外圍的回路列寫方程,以順時針方向作為回路的繞行方向,得到:
例1-4-2? 圖1-4-5所示電路中,已知電流源,試求流過
的電流
、端電壓
以及兩個電流源的端電壓
和
分別為多少?
?
解:對于節點a列寫方程,有:
電阻R上電壓、電流為關聯參考方向,于是:
對回路列寫
方程,取圖示的順時針方向作為回路
的繞行方向,有:
同理,對回路列寫
方程有:
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