节点电压法是电路分析中一种非常重要且经典的方法。它是一种使用基尔霍夫电压定律来完成电路分析的技术。节点电压法的核心思路是把电路中的各个元器件看做是被许多虚拟容量相连的节点,利用基尔霍夫第一定律完成电路方程的建立,用基尔霍夫第二定律求解各个节点电压值,从而实现电路的全面分析与计算。
节点电压法的原理和方法可能比较抽象,但是只要学过一次,就会助你在日后的电路分析和解题过程中大有裨益。
下面以一个具体的电路为例进行说明。
假设上图电路中有4个电阻和2个电源,我们需要计算其中电阻R3上的电压。节点电压法的步骤如下:
第一步:选取参考节点。因为电路中有两个电源,所以选取一个节点接在电源两端可以大大减少方程量。
第二步:构建方程。根据基尔霍夫第一定律,在电路图中的各个节点之间,构建相应的方程式。对于图中电路,我们可以列出两个方程:IR1 - IR2 - IR3 =0 和 IR3 IR4 - IR5 = 0。
第三步:求解方程。将构建好的方程中含有未知电流的元素抽离出来,构成矩阵方程式,即:
Ax = b
式中:A 是系数矩阵,x 是包含所有电流值的列向量,b 是相应方程中等式右边的列向量。
解出上述方程式,我们就能得到每个节点的电压值,从而也就能求得需要的电阻R3上的电压。