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CR · 直流分析

基尔霍夫电压定律

沿闭合环路绕一圈,总会回到出发点。电位也一样。学习这一显然的事实如何成为约束环路中各电压的规则,从而确定未知电压。

绕一圈电压之和为0

一个电源和三个电阻构成一个环路。电源升高电压,电阻降低电压。滑动未知的电压降V3,使绕环一圈的电压之和恰好为0。

未知电压降 V3V3 = 8 V
环路电压的代数和
ΣV = −5 V
(+12) + (−5) + (−4) + (−8)
不平衡

电位绕回即复原

电路中每个点都有各自的电位。从某点出发沿环路移到相邻点,每一步电位或升或降。但绕一圈回到起点后,该点的电位必须与离开时相同——一个点不能同时具有两个电位。所以途中所有的升降相加为0。

上升为+,下降为−

沿一个方向绕环,把电位上升记为+、下降记为−。从电源(EMF)的+端流出时电压上升,沿电流方向经过电阻时电压下降。把所有项连同符号相加,就得到一行 ΣV = 0。换言之,电源提供的上升之和等于电阻造成的下降之和。

一个方程解出未知电压

若一个环路只有一个未知电压,仅凭 ΣV = 0 这一个方程就能直接得出。这里电源升高+12V,两个电阻降5V和4V,所以剩下第三个电阻的压降必须是 12 − 5 − 4 = 3V。求解整个电路时,像这样为每个环路列KVL方程、每个节点列KCL方程并联立,正是网孔分析与节点分析的核心。

观察ΣV = 0
环路电压的代数和为0。
选择Σ(rise) ? Σ(drop)
上升之和等于下降之和。
填空12 − 5 − 4 = ?
电源减去两个压降是3。
自己来V3 = ?
剩下的压降就是未知电压。

回到第一屏

滑动未知压降时,环路电压和从一侧出发,越过零点,转到相反符号,而在和恰好为0的那一点,V3为3V。电源升高的12V由两个电阻分担为5V和4V,剩下的3V由第三个电阻取走。环路绕回原处这一个简单事实,一下子点出了未知电压。

基尔霍夫电压定律(KVL)指出,沿一个闭合环路一圈的电压代数和为0。取上升为+、下降为−,则ΣV = 0,即电源提供的上升之和等于电阻造成的下降之和。因为一点只有一个电位(能量守恒),故恒成立。为每个环路列写此方程是网孔分析的基础。