购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

2.2.2 实验原理

1)基尔霍夫定律

电路的基本定律包括两类,一类是由元件本身的性质所造成的约束关系,即元件约束。不同的元件要满足各自的伏安关系(VCR构成了变量的元件约束),实验2.1已经完成。另一类是由于电路的拓扑结构所造成的约束关系,即结构约束。结构约束取决于电路元件间的连接方式,即电路元件之间的互连必然使各支路电流或者电压有联系或有约束,基尔霍夫定律就体现这种约束关系。

基尔霍夫定律是德国物理学家基尔霍夫1847年提出的,大约是他的德国同胞欧姆发现其著名定律的21年后。作为与基尔霍夫提出定理时的同龄人,同学们要向他学习,要有信心和勇气,敢于提出新的见解,做一个创新的实践者。

基尔霍夫定律是任何集总参数电路都适用的基本电路定律,包括电流定律和电压定律。基尔霍夫定律是分析和计算较为复杂电路的基础,它既可以用于直流电路的分析,也可以用于交流电路的分析,还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。

(1)基尔霍夫电流定律(KCL)

基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律的应用,反映了各支路电流之间的约束关系,又称为节点电流定律,简称为KCL定律。

KCL定律指出:在集总电路中,任何时刻,对任一节点,流入该节点的电流总和等于流出该节点的电流总和,即所有流出或流入节点的支路电流的代数和恒等于零。“代数和”是根据电流是流出还是流入节点判断的。若流出节点的电流取“+”号,则流入节点的电流取“-”号;电流是流出节点还是流入节点,均根据电流的参考方向判断。所以对任一节点有:

KCL定律是电路的结构约束关系,只与电路的结构有关,而与电路元件性质无关。KCL定律不仅适用于电路的节点,还可以推广运用到电路中任意假设封闭面。

(2)基尔霍夫电压定律(KVL)

基尔霍夫电压定律是能量守恒定律和转换定律的应用,反映了各支路电压之间的约束关系,又称为回路电压定律,简称为KVL定律。

KVL定律指出:在集总电路中,任何时刻,沿任一回路,所有支路的电压降之和等于电压升之和,即所有支路的电压的代数和恒等于零。对任一回路,沿绕行方向有:

KVL定律也是电路的结构约束关系,只与电路的结构有关,而与电路元件性质无关。KVL定律不仅适用于实际存在的回路,还可以推广运用到电路中任意假想的回路。

2)叠加定理

叠加定理是线性电路可加性的反映,是线性电路的一个重要定理。可类比力量的叠加,“团结就是力量”“众人拾柴火焰高”“众志成城”等。

叠加定理可以表述为:在线性电阻电路中,多个激励源共同作用时产生的响应(电路中各处的电压和电流)等于各个激励源单独作用时(其他激励源置零)所产生响应的叠加(代数和)。举例电路如图2.2.1所示。

图2.2.1 叠加定理举例电路

应用叠加定理如图2.2.2所示。

图2.2.2 应用叠加定理示意图

求解电路有:

当以上公式只有一个源作用时,响应和激励成比例性质,即为线性电路的齐次性。

线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小 K 倍时,电路的响应(即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小 K 倍。

3)实验原理图

电工实验台给出了验证基尔霍夫定律/叠加定理原理图,如图2.2.3所示。

图2.2.3 基尔霍夫定律/叠加定理原理图 A8wbd//SKNRvUlYD36xxrf65lj7bADHqzNIFpy39/7vK1bHMpMbi5U2Cu16JjsXD

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×