电路中的节点法_生活广记

【电路中的节点法】
我详细地讲一下吧。
节点法是最基本的电路分析法之一，另一个是网孔分析，一般的电路书籍都会讲到（初中电路为什么没讲到我就不知道了）。应该将这是一个最基本方法，不是技巧（我们的教材往往喜欢故弄玄虚，讲这技巧那技巧的）。
应用此法，可以很方便地直接求出各元件的端电压，进而就出各支路电流。
节点法，全称节点电压法，此法的应用本身是十分简单的，但要先知道一个定律，就是基尔霍夫电流定律（英文KCL），即对于电路中的任何节点，流入其中的总电流等于流出它的总电流。这个都是简单的代数关系，不用害怕，就是A+B=C+D这么简单，要轻松地接受它。
至于什么是节点，也很简单，就是两个和两个以上的元件相连接的点（看图，a,b,c,d点）。
有了这些知识，应用节点法就很简单，其步骤如下（看图）：
1)找出公共节点，设其电压为0 。公共节点的选取一般选连接的元件最多的那个点，初中的话，一般就是电源负极了，如图中的d点。
2）选了公共节点后，就设其他的节点电压依次为v1,v2,v3 ， ... 。
3）标出电路中各个元件的电流方向。这个是可以任意去标的，想怎么标就怎么标，但是要注意了，标了之后，如果最后计算的结果是正值，那么实际电流方向就是你标的那个方向；如果是负值，那就是反方向。所以，一般习惯性的是从电源正极往负极方向标箭头（你不这样标，也没关系的，反正要看最后的计算结果）。图中我按习惯标了I1,I2,I3,I4,I5
4）标了电流方向，就用KCL定律了，对每一个节点应用KCL ，图中有三个节点a,b,c要用，d点不用，它是公共节点。
对节点a：V1=12V
对节点b：(v1-v2)/2=(v2-v3)/2+v2/2
对节点c:?(v2-v3)/2+(v1-v3)/2=v3/2
三个方程，三个未知数，正好可以解出v1,v2,v3 。
解出来之后，你就可以计算各个电流了，这个根据需要了，但你直接得出的是各个节点的电压值。
数学上是很简单的，但要真正理解这种方法，是需要花点心思想一想的。这种方法应付初中的任何电路难题，都搓搓有余了。
PS-关于公共点：公共点设的电压为0，这并不意味着其实际电压为0，只是为了计算方便。聪明的你，也许看出了，解出来的各个点的电压值是相对于公共节点d的差值，是个相对值，这是数学上的处理方法。假如你解出来v2=6V（我没有去解方程，只是假设），而公共节点实际电压为10V,那么b点实际电压就是16V,明白了吧（这种情况是可能的，因为这个电路可能是一个大电路的一部分，而d点可能是大电路中的一个点而已）。这个方法的巧妙之处就是通过设一个公共0电压，简化了计算。
但无论如何，各个元件中的电流是不变的，因为计算电流时，是要用到元件两端的电压差。
图1中已标明节点和支路的编号、各有关支路电压和电流的参考方向以及节点电压的参考方向。参照各支路电流的方向，对节点“1”和“2”写出KCL方程;参照各支路电压和节点电压的方向,使用KVL写出支路电压通过节点电压表达的方程（又称KVL方程）;参照支路电压、电流、电源的方向以及支路的连接方式，使用KVL（或KCL）写出支路方程。这样写出的3组方程见表。节点电压法
将KVL方程代入支路方程，消去支路电压,再将所得新的支路方程,即支路电流与节点电压的关系式代入KCL方程，消去支路电流后可得方程组
此方程组的2个方程就是用节点电压法计算图1所示电路时需要列出的方程。这种方程通常称为电路的节点方程。显然，由节点方程可得出电路的2个节点电压。
将节点电压代入KVL方程可求出电路的6个支路电压，再将支路电压代入支路方程（将节点电压代入新的支路方程亦可）,又能求出电路的6个支路电流。
对照图1可以发现,式(1)中Vn1的系数
(G1+G2+G3+G6)是与节点“1”相连接的支路具有的电导之和,Vn2的系数-(G3+G6)是连接在节点“1”和节点“2”之间的支路具有的电导之和取负号；式(2)中的两个系数类似。这4个系数可分别简记为G11、G12、、。其中G11=G1+G2+G3+G6，称为节点“1”的自电导；G12==-(G3+G6) ，称为节点“1”与节点“2”间的互电导；=G3+G4+G5+G6,称为节点“2”的自电导。还可发现，两式右端项中的Is3是电流源的电流,因方向是指向节点“1”而取正号，背向节点“2”而取负号；另外几项与电压源有关的项是含电压源的串联支路变换成含电流源的并联支路后,支路中电流源的电流,而且这些电流取正号或负号亦视方向是指向还是背向节点而定。同样是指向者取正,背向者取负。例如式(1)中的就是图1中支路2变换成如图2所示支路中电流源的电流,余类推。节点电压法
式(1)和式(2)可改写成(3)
式中的和分别是进入节点“1”和“2”的电流源电流之总和。
式(3)是3节点电路的通用节点方程，并可由它推出具有n个节点电路的通用节点方程
式中左端项前的诸系数和右端项的含义以及正、负号的确定同前。式(4)可简写成(5)
式中媠n是以自电导和互电导为元素的(n-1)×(n-1)矩阵，尓n是以节点电压为分量的n-1维矢量,Is是以式(4)中的右端项为分量的n-1维矢量。
对电路进行正弦稳态分析时，用相量法和节点电压法写出的节点方程为
对电路进行暂态分析时，用拉普拉斯变换和节点电压法写出的节点方程为