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用 KCL 与 KVL 求解电路

为分压器建立一致的电流和电压方程。

将守恒转化为方程

基尔霍夫电流定律(KCL)规定,节点处各电流的代数和为零。集总电路模型中,电荷不会在导线连接点无限积累。可选流入为正或流出为正,但必须保持一致。如果 2 mA 流入,两条支路分别流出 0.7 mA 和未知电流,则未知值为 1.3 mA。

基尔霍夫电压定律(KVL)规定,闭合回路中电压变化的代数和为零。它适用于本课程的集总模型,任何感应电压都表示为电路元件。从电源负端走向正端是电压上升;沿电阻电流方向行进是电压下降。

分压器计算示例

将 5 V 电源、上方 2 kΩ 电阻和下方 3 kΩ 电阻串联。设电流为顺时针。KVL 得到 5−I(2000)−I(3000)=05-I(2000)-I(3000)=0,因此 I=1I=1 mA。取底部节点为地,中间节点为 3 V。上方压降为 2 V,下方压降为 3 V;二者之和等于电源电压。

text
5 V --- 2 kohm --- out --- 3 kohm --- 0 V
              相同的串联电流: 1 mA

在 out 节点,KCL 表示上方电流减下方电流等于零。一旦连接另一支路,该表达就会改变。因此,分压公式是拓扑的结果,不是任何负载下都成立的捷径。

用两种方法核对答案

2 kΩ 电阻吸收 2 mW,3 kΩ 电阻吸收 3 mW,电源提供 5 mW。回路电压和与功率和都闭合。如果这个无源直流网络中算出的 out 电压超过 5 V,应检查符号或拓扑。方程得到负支路电流是可以接受的:它表示实际方向与所选箭头相反。应保留符号,不要悄悄只反转一部分计算。

自己试试

一个节点流入 3 mA,其中一条支路流出 0.8 mA。另一条支路向外流过多少电流?

阅读解释

KCL 得到 3 − 0.8 − I = 0,因此 I = 2.2 mA,方向向外。如果未知箭头画成向内,则带符号值为 −2.2 mA。

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