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3 / 32 · 概念

KCL 與 KVL 讓電路可求解

為分壓器寫出一致的電流與電壓方程式。

守恆化為方程式

基爾霍夫電流定律 KCL 表示節點電流的代數和為零。在集總電路模型中,電荷不會無限累積於導線交會處。選擇流入為正或流出為正,並保持此選擇。若 2 mA 流入,兩支路分別流出 0.7 mA 與未知電流,未知值便為 1.3 mA。

基爾霍夫電壓定律 KVL 表示閉合迴路中電壓變化的代數和為零。它適用於此處的集總模型,其中任何感應電壓都以電路元件表示。從電源負端走向正端是電壓上升;順著電阻電流方向走則是下降。

分壓器計算範例

將 5 V 電源、上方 2 kΩ 電阻與下方 3 kΩ 電阻串聯。令電流為順時針。KVL 給出 5−I(2000)−I(3000)=05-I(2000)-I(3000)=0,因此 I=1I=1 mA。以下方節點為接地,中間節點為 3 V。上方壓降為 2 V,下方壓降為 3 V;兩者總和等於電源電壓。

text
5 V --- 2 kohm --- out --- 3 kohm --- 0 V
              相同的串聯電流: 1 mA

在 out 節點,KCL 表示上方電流減去下方電流等於零。一旦連接其他支路,此敘述就改變。因此,分壓公式是拓樸的結果,並非適用於任何負載的捷徑。

用兩種方式檢查答案

2 kΩ 電阻吸收 2 mW,3 kΩ 電阻吸收 3 mW,電源提供 5 mW。迴路電壓和與功率和都符合守恆。若此被動直流網路算出的 out 電壓超過 5 V,應檢查符號或拓樸。方程式產生負支路電流是可接受的:代表實際方向與所選箭頭相反。保留符號,不要只在部分計算中悄悄反轉方向。

自己試試看

節點流入 3 mA,其中一個支路流出 0.8 mA。剩餘支路流出的電流是多少?

查看解說

KCL 給出 3 − 0.8 − I = 0,因此 I = 2.2 mA 向外。若未知電流箭頭畫成向內,其帶符號值便為 −2.2 mA。

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