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关于电路分析方法比较(上)

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eefishing 发布时间:2020-2-26 00:02
电路进行分析的方法很多,如叠加定理、支路分析法、网孔分析法、结点分析法、戴维南和诺顿定理等。根据具体电路及相关条件灵活运用这些方法,对基本电路的分析有重要的意义。现就具体电路采用不同方法进行如下比较。

  ?0 Z: m- m( t: a, Y4 e
支路电流法
支路电流法是以支路电流为待求量,利用基尔霍夫两定律列出电路的方程式,从而解出支路电流的一种方法。
, K3 Z3 q: q$ X% d( j8 G' T# \, f
一支路电流分析步骤
+ B  z" t: ]5 t3 n6 i4 Z1) 假定各支路电流的参考方向,对选定的回路标出回路绕行方向。若有 n 个节点,根据基尔霍夫电流定律列(n 一 1)个独立的节点电流方程。

) {, G- [0 d; i
2) 若有 m 条支路,根据基尔霍夫电压定律列(m-n+1)个的独立回路电压方程。为了计算方便,通常选网孔作为回路(网孔就是平面电路内不再存在其他支路的回路)。对于平面电路,独立的基尔霍夫电压方程数等于网孔数。

$ l2 o% g+ [7 `* r
3) 解方程组,求出支路电流。
* |3 ~8 c9 ~* O; p2 o  I% _5 X' C

6 a3 W4 U3 d! h& l0 m
【例 1】如上图所示电路是汽车上的发电机(US1)、蓄电池(US2)和负载(R3)并联的原理图。已知 US1=12V,US2=6V,R1=R2=1Ω,R3=5Ω,求各支路电流。
3 w' K6 s+ _- S% D
分析:支路数 m=3;节点数 n=2;网孔数=2。各支路电流的参考方向如图,回路绕行方向顺时针。电路三条支路,需要求解三个电流未知数,因此需要三个方程式。
, T6 e5 E5 v/ |: O$ H7 f
解:根据 KCL,列节点电流方程(列(n-1)个独立方程):

& {$ h3 l, [$ C5 a8 g2 a7 b! }
a 节点:I1+I2=I3
, S  D3 _" M/ V9 @* F5 h$ ?
根据 KVL,列回路电压方程:

* G- I6 X9 t. }$ j: B  U
网孔 1:I1R1-I2R2=Us1- Us2

, z/ l( Z  I9 S6 }网孔 2:I2R2+I3R3=Us2
1 O' I5 u4 c5 d
解得:I1=3.8A I2=-2.2A I3=1.6A
0 x, T( ^$ b" @- @0 Q
叠加定理
在线性电路中,所有独立电源共同作用产生的响应(电压或电流),等于各个电源单独作用所产生的响应的叠加。
8 C6 Q8 b: K& _, _
在应用叠加定理时,应注意以下几点:

+ P8 k; r* }% m+ m& a1) 在考虑某一电源单独作用时,要假设其它独立电源为零值。电压源用短路替代,电动势为零;电流源开路,电流为零。但是电源有内阻的则都应保留在原处。其它元件的联结方式不变。

- q5 ^- Z( O/ o2 U( H) ~( O6 Y
2) 在考虑某一电源单独作用时,其参考方向应选择与原电路中对应响应的参考方向相同,在叠加时用响应的代数值代入。或以原电路中电压和电流的参考方向为准,分电压和分电流的参考方向与其一致时取正号,不一致时取负号。

) X- f& B+ R+ H  ?; p
3) 叠加定理只能用于计算线性电路的电压和电流,而不能计算功率等与电压或电流之间不是线性关系的参数。
+ q6 f) h( c; n, X  b  n+ g
4) 受控源不属于独立电源,必须全部保留在各自的支路中。

2 }. Q( Z' p9 p
【例 2】在如下电路中,用叠加定理求电路中的电流 I3。

) M% j. @( p8 I6 A# F( a

- V; }/ |* {' L$ {  Z, w- A
解:根据叠加定理可把图 a 中的电路图看成图 b 和图 c 中电路的叠加

/ h  @2 G% C$ x5 c
(1)us1 单独作用
+ \' I0 b: s9 [) m2 O( L
: K. k4 _% X- w4 h
(2)us2 单独作用
- v! D9 G# Q$ g3 C1 S$ p

6 b. u+ V" E' _5 T0 r: K(3)有叠加定理可得
+ h3 r( P: s6 j5 Z3 ?+ E9 p
$ S5 ^! p. P: C' q
网孔分析法
网孔电流为待求变量,按 KVL 建立方程求解电路的方法称为网孔分析法。其网孔电流方程也称为网孔方程。
# i1 _! ]$ k; i* u: Y- Y$ \
在应用网孔分析法应注意以下几点:

8 l9 x) _! K* G) Q1) 根据网孔自电阻、互电阻、等效电压源的含义和计算方法,可以直接列写网孔分析方程的最终形式,称为视察法。
3 p7 B9 z2 B' H* B/ I# i; b
2) 对含受控电压源的电路,先将受控源视为独立电源,依照视察法的规律列写网孔方程,然后将受控源的控制量用网孔电流表示出来。
3 z4 j# D7 F9 L  V0 M3 |
【例 3】如图所示电路列写网孔方程。
2 e2 t  r8 t7 U2 B

, ^6 V$ ^- G) U, Y6 @
解:假定网孔电流分别在网孔 1、2、3 中流动,网孔电流的参考方向如图所示。

  ?; @0 d3 S  G0 J
解:以支路电流为变量,列写各网孔的 KVL 方程为
$ Z4 |$ U. y' ]2 \  P
# {" ^! Z0 _$ X" Z4 W4 c7 A
为得到以网孔电流为未知变量的电路方程,用网孔电流表示各支路电流,即有:

. C/ }' E! M6 L* y, J7 o

7 y: A' h/ G- Q7 I! E
将上述各式代入 KVL 方程,可得网孔电流方程
7 D; v: d$ W5 F' r

! a: A! u- O  L. E
即为该电路的网孔方程,显然,由此三个方程,可求解网孔电流。
" p) {5 K! e- w
未完待续~

; _( `0 L" {' n# m
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