分析與檢測直流電路-應用基爾霍夫定律

應用基爾霍夫定律一、基爾霍夫電流定律二、基爾霍夫電壓定律目錄CONTENT一、預習提問1、基爾霍夫電流定律的內(nèi)容？2、基爾霍夫電壓定律的內(nèi)容？為了對各種復雜電路進行分析和研究，學習應用廣泛的基爾霍夫定律；通過具體電路分析來區(qū)別網(wǎng)孔、回路的概念；靈活應用基爾霍夫定律列出KCL、KVL方程。4二、任務分析1.復雜電路復雜電路：不能用串、并聯(lián)的計算方法將它化簡成一個單回路電路，這種電路我們稱為“復雜電路”三、相關知識

支路：電路中流過同一電流的幾個元件互相連接起來的分支稱為一條支路。結點：三條或三條以上支路的連接點叫做結點。回路：由支路組成的閉合路徑稱為回路。網(wǎng)孔：將電路畫在平面圖上，內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。2、支路、結點、回路I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-（共6條）(共4個）支路：ab、ad、…...結點：a、b、…...回路：abda、bcdb、

…...（共7個）網(wǎng)孔：abda、bcdb

adca（共3個）三、相關知識

在任一時刻，流出任一結點的支路電流之和等于流入該結點的支路電流之和。若規(guī)定流入結點的電流為正，流出的電流為負，則:通過任一節(jié)點的各支路電流的代數(shù)和恒等于０3、

基爾霍夫電流定律（KCL）(Kirchhoff’sCurrentLaw)在任一時刻，流出一封閉面的電流之和等于流入該封閉面的電流之和。KCL推廣應用把以上三式相加得：封閉面三、相關知識8三、相關知識三、相關知識三、相關知識例題三、相關知識選定回路的繞行方向，電壓參考方向與回路繞行方向一致時為正，相反時為負。4、

基爾霍夫電壓定律（KVL）(Kirchhoff’sVoltageLaw)

在任一瞬間，沿任一回路繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。-U3–

U4+U1-U2=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3三、相關知識將KVL應用于某回路時，要先選定回路的繞行方向，如果回路為一單回路通常選回路的繞行方向與回路的電流的參考方向一致。當各段電壓的參考方向與回路的繞行方向一致時為電位降，電壓取正；當各段電壓的參考方向與回路的繞行方向相反時為電位升，電壓取負。對于電阻這種特殊情況，電阻上電流參考方向與繞行方向一致的,電壓取正號,否則取負號。13即：某一回路中的所有支路的電位降的總和等于該回路中所有支路的電位升的總和。三、相關知識[例]求圖中U1和U2。解：對bdcb和abcea兩個回路，按KVL列寫方程，設兩個回路的繞行方向均為順時針。bdcb回路：V（負號表示實際方向與圖中參考方向相反）abcea回路：V14三、相關知識u=us+u1

電路中任意兩點間的電壓等于這兩點間沿任意路徑各段電壓的代數(shù)和。KVL推廣應用+-u+-us+-ROu1UAB=UA

UB

ABCUA+_UAB+_UB+_三、相關知識16三、相關知識回路a-b-c-a:回路a-d-b-a:回路a-d-b-c-a:回路繞行的方向是指回路的循回方向，一般取順時針方向為繞行方向。提示I1I2I3aE2+-R1R3R2+_E1cdb三、相關知識18四、任務考評19五、課后討論指出上圖中的節(jié)點、支路、回路、網(wǎng)孔。對b點列節(jié)點電流方程，對回路abcda列出回路電壓方程。堅持理論聯(lián)系實際，堅持學以致用。仿真實驗基爾霍夫定理的驗證一、理論分析二、仿真實驗驗證三、結論目錄CONTENT

根據(jù)基爾霍夫定律，電路中各節(jié)點電流的代數(shù)和為零（KCL）；電路中各回路的電壓的代數(shù)和為零（KVL）。電路模型如下圖所示，電氣參數(shù)及參考方向已在圖中給出，直流電壓源，R1=300Ω、R2=150Ω、R3=100Ω。一、理論分析

根據(jù)KCL、KVL可寫出以電流為變量的方程組：

在Matlab/Simulink中搭建如上圖所示的仿真模型電路，仿真模型圖如下圖所示。各電壓源、電阻的參數(shù)設置為

Us1=15V（可變），Us2=8V（可變），R1=300Ω、R2=150Ω、R3=100Ω。二、仿真實驗驗證

改變Us1（分別取15V、12V、9V、6V、3V），Us2=8V，R1=300Ω、R2=150Ω、R3=100Ω。觀察Scope1、Scope3中的節(jié)點電流（代數(shù)和），各圖形如下圖所示。1、當Us1=15V時，節(jié)點電流代數(shù)和、回路電壓代數(shù)和均為零。

2、當Us1=12V時，節(jié)點電流代數(shù)和、回路電壓代數(shù)和均為零。

3、當Us1=9V時，節(jié)點電流代數(shù)和、回路電壓代數(shù)和均為零。

4、當Us1=6V時，節(jié)點電流代數(shù)和、回路電壓代數(shù)和均為零。

5、當Us1=3V時，節(jié)點電流代數(shù)和、回路電壓代數(shù)和均為零。取Us1=15V（分別取15V、12V、9V、6V、3V），同樣上述操作，改變Us2（分別取8V、5V、2V），R1=300Ω、R2=150Ω、R3=100Ω。觀察Scope1、Scope3中的節(jié)點電流（代數(shù)和），均為零。

電路中各節(jié)點電流的代數(shù)和為零（KCL）；電路中各回路的電壓的代數(shù)和為零（KVL）。三、結論支路電流法一、支路電流法目錄CONTENT一、預習提問1、支路電流法解題步驟？應用支路電流法求解每一支路電流，掌握支路電流法。通過實訓項目的訓練，完成基本概念與基爾霍夫定律的認識學習；靈活應用電壓表、電流表測量電壓、支路電流。35二、任務分析

以支路電流為待求量，應用KCL、KVL列寫電路方程組，求解各支路電流的方法稱為支路電流法。

支路電流法是計算復雜電路最基本的方法。需要的方程個數(shù)與電路的支路數(shù)相等。Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3I1I2I3電路支路數(shù)b

結點數(shù)n支路電流法三、相關知識bacd(1)一般講，對于具有n個節(jié)點的電路，任意n-1個節(jié)點的KCL方程都是獨立的。(2)若一個電路具有b條支路，n個節(jié)點，則可以列出的獨立的KVL方程數(shù)目是個；并且對于一個平面網(wǎng)絡，網(wǎng)孔數(shù)恰好是個，所以對所有網(wǎng)孔列出的KVL方程一定是相互獨立的。37三、相關知識支路電流法的—般步驟可歸納如下：(1)找出電路中一共有幾條支路，然后設每個支路電流為未知要求量，并在相應的支路處標出各個電流的參考方向。(2)標出電路中的節(jié)點，選擇（n-1）個節(jié)點，列出（n-1）個獨立的KCL方程。(3)選網(wǎng)孔為回路，并設定其繞行方向，列出各網(wǎng)孔的獨立的KVL方程，有b

–(n–1)個方程。利用KVL列方程時，如果回路中含有電流源，要考慮電流源兩端的電壓。(4)聯(lián)立求解上述獨立方程，得出各支路電流。(5)根據(jù)歐姆定律或功率計算公式，可求解各支路電壓和電路功率。38三、相關知識節(jié)點a：列3個獨立KCL方程節(jié)點c：節(jié)點b：節(jié)點數(shù)

N=4支路數(shù)B