2.8 節(jié)點電壓法
在電路中任意選擇某一節(jié)點作為參考節(jié)點,其余節(jié)點都是獨立節(jié)點。各獨立節(jié)點相對于參考節(jié)點之間的電壓稱為節(jié)點電壓。節(jié)點電壓的極性是以參考節(jié)點為負,其余各獨立節(jié)點為正。
以一組獨立節(jié)點的節(jié)點電壓為未知變量,應用KCL建立電路方程,求出節(jié)點電壓,繼而求解各支路電流及其他變量,這種方法稱為節(jié)點電壓法。
如圖2-21所示電路,共有4個節(jié)點,選定參考節(jié)點后,其余的節(jié)點①、②、③便是一組獨立節(jié)點。設各節(jié)點電壓為un1、un2、un3,對獨立節(jié)點①、②、③應用KCL,有
圖2-21 節(jié)點電壓法
(1)Gkk為第k個節(jié)點的自電導,它等于連接于節(jié)點k的各支路電導之和,自電導總為正值。
(2)Gij(i≠j)為節(jié)點i、j之間的互電導,它等于連接于節(jié)點i、j之間的所有支路電導之和的負值,互電導總為負值。在電路中不含受控源的情況下,方程左邊的系數(shù)具有對稱性,即Gij=Gji(i≠j)。
(3)iskk為第k個節(jié)點的注入電流,它等于流向節(jié)點k的電流源(包括電壓源與電阻串聯(lián)組合經等效變換形成的電流源)電流的代數(shù)和,流入節(jié)點為正,流出節(jié)點為負。
綜上所述,節(jié)點電壓法的一般步驟歸納如下:
(1)指定參考節(jié)點,并對其余各獨立節(jié)點編號。
(2)按照式(2-24)的形式列寫節(jié)點方程。
(3)解方程,求出各節(jié)點電壓。
(4)根據(jù)需要,由各節(jié)點電壓進一步求出其他待求量。
【例2-9】電路如圖2-22所示,用節(jié)點電壓法求各支路電流。
圖2-22 例2-9的圖
解:選擇參考節(jié)點如圖2-22所示,對于獨立節(jié)點①、②,按式(2-24)列出節(jié)點方程:
【例2-10】電路如圖2-23所示,用節(jié)點電壓法求各支路電流。
圖2-23 例2-10的圖
解:電路中含有無伴電壓源,設其電流為i1,其余各支路電流如圖2-23所示。電路的節(jié)點電壓方程為
un1=20
以上3個方程聯(lián)立求解,可得:un1=20(V),un2=10(V),i1=5(A)。
進一步求得