節(jié)點(diǎn)分析法

發(fā)布時(shí)間:2024-03-10
1、結(jié)點(diǎn)分析方程
【結(jié)點(diǎn)電位】在有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路中,任選一個(gè)結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn),其余各結(jié)點(diǎn)至參考結(jié)點(diǎn)的電壓稱為該結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)電位。
【結(jié)點(diǎn)分析法】以結(jié)點(diǎn)電位為待求變量,將各支路電流用結(jié)點(diǎn)電位表示,列寫除了參考結(jié)點(diǎn)以外其他所有結(jié)點(diǎn)的kcl方程,求得結(jié)點(diǎn)電位后再確定其他變量的電路分析方法,稱為結(jié)點(diǎn)分析法,簡稱結(jié)點(diǎn)分析法。
【結(jié)點(diǎn)分析方程的列寫步驟】
(1)選取參考結(jié)點(diǎn),假定其余n-1個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)電位。
(2)列寫n-1個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)的kcl方程,方程中的各支路電流用結(jié)點(diǎn)電位表示。
(3)求解方程,得到結(jié)點(diǎn)電位。
(4)通過結(jié)點(diǎn)電位確定其他變量。
【例3-1-1】對圖3-1-1所示電路列寫結(jié)點(diǎn)方程。
解:設(shè)結(jié)點(diǎn)④為參考結(jié)點(diǎn),并令獨(dú)立結(jié)點(diǎn)①、②、③電壓分別設(shè)為、、。分別列寫結(jié)點(diǎn)①、②、③的kcl方程如下。
為得到以結(jié)點(diǎn)電位為未知變量的電路方程,用結(jié)點(diǎn)電位表示各支路電流,即有
將上述各式代入kcl方程,得到結(jié)點(diǎn)方程
整理得
【結(jié)點(diǎn)自電導(dǎo)】矩陣中對角線元素 是與結(jié)點(diǎn)①所有相聯(lián)支路電導(dǎo)之和,對角線元素,分別是結(jié)點(diǎn)②、③的所有相聯(lián)支路電導(dǎo)之和。對角線元素稱為結(jié)點(diǎn)自電導(dǎo)。
【結(jié)點(diǎn)互電導(dǎo)】非對角線元素,如第一行、第二列元素,是結(jié)點(diǎn)①、②之間公共支路電導(dǎo)之和的負(fù)值,其余非對角線元素也滿足相似的規(guī)律,稱為結(jié)點(diǎn)互電導(dǎo)。
【結(jié)點(diǎn)等效電流源】等式右邊是流入各結(jié)點(diǎn)的電流源,包括電壓源通過戴維寧支路變換為諾頓支路所得的等效電流源,之電流的代數(shù)和,流入結(jié)點(diǎn)取正值,反之取負(fù)值。
2、結(jié)點(diǎn)方程的視察列寫
【結(jié)點(diǎn)方程的一般形式】對具有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路,其結(jié)點(diǎn)方程可寫為如下矩陣形式:
或?qū)懗删仃囆问健?br> 其中:
結(jié)點(diǎn)自電導(dǎo)=與結(jié)點(diǎn)i相聯(lián)的所有支路電導(dǎo)之和,恒是為正值。
結(jié)點(diǎn)互電導(dǎo)=結(jié)點(diǎn)k、j之間公共支路的電導(dǎo)之和的負(fù)值,對于不含受控電源的電路,結(jié)點(diǎn)互電導(dǎo)恒是為負(fù)值或?yàn)榱恪?br> 結(jié)點(diǎn)等效電流源=結(jié)點(diǎn)i相聯(lián)的電流源、包括由電壓源等效轉(zhuǎn)換而來的電流源之電流的代數(shù)和,流入結(jié)點(diǎn)取正值,反之取負(fù)值。
【結(jié)點(diǎn)電導(dǎo)矩陣】為結(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。對于不含受控電源的電路,為對稱矩陣。
【結(jié)點(diǎn)方程的視察列寫法】根據(jù)上述結(jié)點(diǎn)自電導(dǎo)、互電導(dǎo)、等效電流源的含義和確定方法,可以直接從電路寫出結(jié)點(diǎn)方程的最終形式,而不需要通過“列寫n-1個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)的kcl方程,方程中的各支路電流用結(jié)點(diǎn)電位表示”的過程得到結(jié)點(diǎn)方程。根據(jù)自電導(dǎo)、互電導(dǎo)、等效電流源的含義直接得到結(jié)點(diǎn)方程的最終形式的方法稱為視察列寫法。
3、含受控源電路的結(jié)點(diǎn)方程
【含受控源電路的結(jié)點(diǎn)分析方程】在列寫結(jié)點(diǎn)方程時(shí),受控電源可以和獨(dú)立電源一樣處理,差別在于最后要把受控電源的控制量用結(jié)點(diǎn)電位表示。將圖3-1-1中獨(dú)立電壓源用一受控電壓源代替,如圖3-1-2所示。此時(shí),例3-1-1的結(jié)點(diǎn)方程中, 用代替,即
該結(jié)點(diǎn)方程中出現(xiàn)了控制變量,可以用結(jié)點(diǎn)電位表示
代入上式并整理將結(jié)點(diǎn)電位歸并到方程左邊
4、含無伴電壓源支路的電路的結(jié)點(diǎn)方程
將圖3-1-1中獨(dú)立電壓源與電阻串聯(lián)支路變?yōu)闊o伴電壓源支路,如圖3-1-3所示,該支路的電阻為零,電導(dǎo)無窮大,支路電流不能用結(jié)點(diǎn)電位表示。下面介紹兩種處理方法。
【解法一】選擇與無伴電壓源支路相連的一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為參考結(jié)點(diǎn)。如圖3-1-4所示。則無伴電壓源支路的另一結(jié)點(diǎn)電位由無伴電壓源決定,該結(jié)點(diǎn)方程(kcl方程)可不列寫。在本例中選擇結(jié)點(diǎn)③為參考結(jié)點(diǎn),則有
只需列寫結(jié)點(diǎn)②、④的方程
【解法二】做包圍無伴電壓源的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的封閉面s(即廣義結(jié)點(diǎn),實(shí)為割集)。如圖3-1-5所示。對該封閉面列寫kcl方程,得到廣義結(jié)點(diǎn)方程
再加上結(jié)點(diǎn)②的結(jié)點(diǎn)方程和附加方程
由這三個(gè)方程可以求解結(jié)點(diǎn)電位、、。
【結(jié)點(diǎn)分析法的實(shí)質(zhì)】結(jié)點(diǎn)分析法的實(shí)質(zhì)是以結(jié)點(diǎn)電位為待求變量,列寫n-1個(gè)獨(dú)立的kcl方程,對結(jié)點(diǎn)數(shù)少的電路尤為適用。一旦選定了參考結(jié)點(diǎn),則其余結(jié)點(diǎn)相對于參考結(jié)點(diǎn)的電壓即為結(jié)點(diǎn)電位,未知量非常容易確認(rèn),因此在電路計(jì)算機(jī)輔助分析中多采用結(jié)點(diǎn)分析法。
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