第一章电路模型和电路定律(4)

2020-06-28 11:35

uR1?R1i1?4.5?2?9V 对左边回路列KVL方程有

uR1?us?u1?0 则 u1?us?uR1?10?9?1V 从图中右边回路的KVL方程的

R2i2?3u1?uR1?0 i2?uR1?3u1R2?9?3?1?6A 1 注:本题求解中主要应用了KVL。KVL是描述回路中各支路(或各元件)电压之间关系的,它

反映了保守场中做功与路径无关的物理性质。应用KVL列回路电压方程时 ,应注意:(1)首先要指出回路中各支路或元件上的电压参考方向,然后指定有关回路的绕行方向(顺时针或逆时针均可);(2)从回路中任一点开始,按所选绕行方向依次迭加各支路或元件上的电压,若电压参考方向与回路绕行方向一致,则该电压取正值,否则取负值。

1-16 对图示电路,若:(1)R1,R2,R3值不定;(2)R1?R2?R3。

在以上两种情况下,尽可能多的确定其他各电阻中的未知电流。

解:设定各电阻中未知电流的参考方向如图所示。

(1)若R1,R2,R3值不定,i1,i2,i3不能确定。对图中所示闭合面列KCL方程,根据 流进的电流等于流出的电流有

i4?3?4?6?1A

对A点列KCL方程,可以解得

i5?i4?2?(?10)?1?2?10?13A

(2)若R1?R2?R3,对右边回路和B,C结点列KVL和KCL方程,有

?R1i1?R2i2?R3i3?0?i1?3?i2 ? ?i2?i3?4?把方程组整理,代入R1?R2?R3的条件,得

?i1?i2?i3?0??i1?i2?3 ?i?i?4?23应用行列式法解上面方程组

10111?110410111110?10 ?104??1?10?3 ?1?3?110?2?130?1 ?3?1?13??11

04?1所以 i1???110?11?A, i2?2?1A , i3 ?3 ??A

3?3?3?。 i4,i5的值同(1)

注:从本题的求解过程中可以看出KCL是描述支路电流之间关系的,而与支路上元件的性质无

关。KCL实质是反映电荷守恒定律,因此,它不仅适用于电路中的结点,对包围部分电路的闭合面也是适用的。应用 KCL列写结点或闭曲面电流方程时应注意:(1)方程是依据电流的参考方向建立的,因此,列方程前首先要指定电路中各支路上电流的参考方向,然后选定结点或闭曲面;(2)依据电流参考方向是流入或流出写出代数方程(流出者取正号,流入者取负号,或者反之。也可以用流入等于流出表示)。

1-17 图示电路中,已知u12?2V,u23?3V,u25?5V,u37?3V,u67?1V,尽可能多地确定其他各元件的电压。

解:已知ub?u12?2V,ud?u23?3V,uc?u25?5V,uj?u67?1V,选取回路列KVL方程。

对回路(①②⑤①)有 ua?u15?u12?u25 所以 ua?2?5?7V

对回路(①②③①)有

uk?u13?u12?u23?2?3?5V

对回路(②③④⑦⑥⑤②)有

u23?u37?u67?u56?u25?0

所以

uf?u56?u23?u37?u67?u25 ?3?3?1?5?0V

对回路(③④⑦⑥③)有

ue?u36?u37?u67?3?1?2V

对回路(⑤⑥⑦⑤)有

ui?u57?u56?u67?0?1?1V

1-18 对上题所示电路,指定个支路电流的参考方向,然后列出所有结点处的KCL方程,并说明这些方程中有几个是独立的。

解:支路电流的参考方向如图所示,各结点的KCL方程分别为(以流出结点的电流为正)

①ia?ib?ik?0 ②?ib?ic?id?0 ③?id?ig?ie?ik?0 ⑤?ia?ic?if?ii?0

⑥?ie?if?ij?0 ⑦?ij?ii?ig?0

把以上6个方程相加,得到0?0的结果。说明6个方程不是相互独立的,但是其中任意5个方程是相互独立的。

注:一个有n个结点的电路,依KCL列结点电流方程,则n-1个方程将是相互独立的。这是

因为任一条支路一定与电路中两个结点相连,它上面的电流必定从其中一个结点流出,又流入另一个结点,因此,在n个KCL方程中,每个支路电流一定出现2次,一次为正,另一次为负,若把n个方程相加,必定得到等于零的恒等式。即n个KCL方程不是相互独立的,但从n个方程中任意去掉一个结点电流方程,余下的n-1个方程是相互独立的。

1-19 电路如图所示,按指定的电流参考方向列出所有可能的回路的KVL方程。这些方程都独立吗?

解:图示电路共有题解1-19图所示的7个回路,其KVL方程分别为(取顺时针绕行方向):

①R1i1?R2i2?R5i5?us5?us1?0 ②R4i4?R6i6?us5?R5i5?0

③R2i2?R4i4?R6i6?us1?R1i1?0 ④R3i3?us3?R6i6?us1?R1i1?0 ⑤R3i3?R4i4?R2i2?us3?0

⑥R3i3?R4i4?R5i5?us5?us3?R1i1?us1?0 ⑦R3i3?R6i6?us5?R5i5?R2i2?us3?0 从以上方程不难发现有下列关系存在,即:

①+②=③ ①+⑤=⑥ ⑤+②=⑦ ①+②+⑤=④

由此说明,从方程①,②,⑤可以导得方程③,④,⑥,⑦,同样从方程④,⑤,⑥可以导得方程①,②,③,⑦等等,这说明7个KVL方程不是相互独立的,独立的方程只有三个。

注:对于一个有n个结点,b条支路的电路,可以证明,其独立的KVL方程数为(b-(n-1))

个。把能列写独立方程的回路称为独立回路,本题有结点n=4,支路b=6,所以其独立的回路数为b-(n-1)=3。一般在列KVL方程时,独立回路可以这样选取:(1)使所选各回路都包含一条其它回路所没有的新支路;(2)对平面电路,其网孔即为独立回路,如本题中方程①,②,⑤即为按网孔列出的KVL方程,它们是相互独立的。

1-20 利用KCL和KVL求解图示电路中的电压u。

解:在(a)图中设电流i,右边网孔的KVL方程为

22i?88i?10


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