分析电路网络是设计或使用预先设计的电路的关键部分,该电路处理电路网络的每个节点或分支中的电流和电压。但是,由于许多组件都连接在一起,因此这种用于找出节点或分支的电流,电压或功率的分析过程有些复杂。正确的分析还取决于我们选择用于找出电流或电压的技术。基本的分析技术是网格电流分析和节点电压分析。
这两种技术遵循不同的规则并具有不同的局限性。在以正确的方式分析电路之前,至关重要的是要确定哪种分析技术在复杂性和所需的分析时间方面最合适。
使用什么–网格分析或节点分析?
答案隐藏在以下事实中:特定电路或网络中有多少个电压或电流源可用。如果目标电路网络由电流源组成,则节点分析将更简单,更简单。但是,如果电路具有电压源,那么网格分析技术将是完美的,并且需要较少的计算时间。
在许多电路中,电流和电压源均可用。在那些情况下,如果电流源的数量大于电压源,则节点分析仍然是最佳选择,并且需要将电压源转换为等效电流源。
我们之前已经解释了网格电流分析,因此在本教程中,我们将讨论节点电压分析以及如何在电路网络中使用它。
节点分析
顾名思义, Nodal 来自术语“节点”。现在 什么是节点 ?
电路可以具有不同种类的电路元件,组件端子等。在至少两个或多个电路元件或端子连接在一起的电路中,称为节点。节点分析在节点上完成。
在网格分析的情况下,存在一个限制,即网格分析只能在计划程序电路中完成。计划器电路是可以无任何交叉地拉入平面的电路。但是对于节点分析,则没有这种限制,因为可以为每个节点分配一个电压,该电压是使用节点分析方法分析节点的基本参数。
在节点分析中,第一步是识别电路网络中存在的节点数,无论是平面电路还是非平面电路。
找到节点后,因为它处理电压,所以需要一个参考点来为每个节点分配电压电平。为什么?因为电压是两个节点之间的电位差。因此,为了区分,需要参考。这种区分是通过充当参考的公共或共享节点完成的。该参考节点需要为零才能获得理想的电压电平,而不是电路的接地参考。
因此,如果一个五节点电路网络具有一个参考节点。然后,为了求解剩余的四个节点,总共需要四个节点方程。通常,为了使用具有N个总数节点的节点分析技术求解电路网络,需要N-1个节点方程。如果所有这些都可用,那么解决电路网络确实很容易。
使用节点分析技术解决电路网络需要遵循以下步骤。
- 找出电路中的节点
- 找出N-1个方程
- 找出N-1电压
- 适用基尔霍夫现行法律或KCL
使用节点分析查找电路中的电压-示例
要了解节点分析,请考虑以下电路网络,
上面的电路是理解节点分析的最佳示例之一。该电路非常简单。有六个电路元件。I1是电流源,R1,R2,R3,R4,R5是五个电阻。让我们将这五个电阻视为五个电阻负载。
这六个组成元素创建了三个节点。因此,如前所述,已经找到了节点数。
现在,节点数为N-1,这意味着电路中有3-1 = 2个节点可用。
在上述电路网络中,节点3被视为参考节点。这意味着节点3的参考电压为0V。因此,需要为其余两个节点(节点1和节点2)分配电压。因此,节点1和节点2的电压电平将参考节点3。
现在,让我们考虑下一个图像,其中显示了每个节点的当前流。
在上图中,应用了基尔霍夫的现行定律。进入节点的电流量等于从节点流出的电流。箭头指示节点1和节点2中电流Inode的流动。电路的电流源为I1。
对于Node-1,进入的电流量为I1,离开的电流量为R1和R2两端的电流之和。
根据欧姆定律,R1的电流为(V1 / R1),R2的电流为((V1-V2)/ R2)。
因此,应用基尔霍夫定律,Node-1方程为
I1 = V1 / R1 +(V1-V2)/ R2……
对于节点2,流经R2的电流为(V1-V2)/ R2,流经R3的电流为V 2 / R 3,并且电阻R4和R5可以组合为一个电阻R4 + R5,流经这两个电阻将为V2 /(R4 + R5)。
因此,应用基尔霍夫电流定律,可以将Node-2的等式形成为
(V2-V1)/ R2 + V2 / R3 + V2 /(R4 + R5)= 0………………
通过求解这两个方程,可以找到每个节点的电压,而无需任何进一步的复杂性。
节点电压分析示例
让我们看一个实际的例子-
在上面的电路中,4个电阻负载创建3个节点。的节点3是参考节点,其具有0V的电势电压。有一个电流源I1提供10A电流,一个电压源提供5V电压。
为了解决该电路并找出每个分支中的电流,将使用节点分析方法。在分析过程中,由于剩余两个节点,因此需要2个单独的节点方程式。
对于基尔霍夫现行定律和欧姆定律,对于Node-1,
I1 = VR1 +(V1- V2)/ R2
因此,通过提供确切的值,
10 = V1 / 2 +(V1-V2)/ 1或20 = 3V1-2V2……。
节点2相同
(V2-V1)/ R2 + V2 / R3 + V2 /(R4)= 0或, (V2-V1)/ 1+ V2 / 5+( V2-5 )/ 3 = 0或,15V2-15V1 + 3V2 + 5V2-25 = 0 -15V1 + 23V2 = 25………………。
通过求解两个方程,我们得出V1的值为13.08V,V2的值为9.61V。
该电路进一步在PSpice中构建和仿真,以通过仿真结果验证计算结果。我们得到的结果与上面计算的相同,请检查下图中的模拟结果:
这就是使用节点电压分析可以计算电路不同节点上的 电压的方法。