DC-kredsløb | 5+ Vigtige analysemetoder

Diskussionspunkter : DC-kredsløb

  1. Introduktion til DC-kredsløb
  2. Kirchhoffs love
  3. Kirchhoffs nuværende lov (KCL)
  4. Kirchhoffs spændingslov (KVL)
  5. Node spændingsmetode
  6. Mesh nuværende metode
  7. Loop nuværende metode
  8. Nogle vigtige spørgsmål relateret til DC-kredsløb

Introduktion til DC-kredsløb

DC står for jævnstrøm. Hvis energikildefasen ikke ændrer sig med tiden, vil kredsløbet blive omtalt som DC-kredsløb. Primære energikilder til DC-kredsløb er batterier eller lignende stabile strømforsyninger. De har en rækkevidde fra 5 volt til 24 volt. Når man ser energisymbolet for et kredsløb, kan man forstå, om det er det AC-kredsløb eller DC-kredsløb. Symbolerne er angivet nedenfor.

Kirchhoffs love

Gustav Robert Kirchhoff var en fremtrædende fysiker af tysk oprindelse. Hans forskning relateret til elektriske kredsløb gav os to primære, men alligevel de mest kritiske love for kredsløbsanalyse. Disse love er typisk kendt som Kirchhoffs love. Han var kommet med love for både strøm og spænding. De er populært kendt som - Kirchhoffs nuværende lov og Kirchhoffs spændingslov. Disse love er grundlæggende regler for DC kredsløb analyse.

Inden man studerer Kirchhoffs love, skal man have grundlæggende kredsløbsegenskaber for knudepunkter, kryds, sløjfer, maske, grene osv. Nogle definitioner er angivet nedenfor; se artikel i kredsløbsanalyse for flere sådanne primære terminologier.

  • Knude / kryds: Knude eller knudepunkt i et kredsløb er kendt som forbindelsespunktet for to eller flere antal komponenter.
  • Løkke: En sløjfe i et kredsløb er defineret som en lukket sti, der starter fra en bestemt node, der bevæger sig gennem en hvilken som helst del af kredsløbet, og slutter ved det specifikke punkt. Der er et punkt, der skal huskes, at stien kun kan rejse en hvilken som helst kredsløbsdel en gang. En sløjfe kan inkludere eller overlappe enhver anden sløjfe i kredsløbet.
  • mesh: Mesh kan siges som den mindste sløjfe, der er mulig i et kredsløb, der ikke har nogen overlapning og ikke inkluderer nogen anden sløjfe i den.
  • Kirchhoffs nuværende lov fortolkes ofte som den første lov i Kirchhoffs eller Kirchhoffs Junction-lov. Det beskæftiger sig med de aktuelle ligninger for en knude eller et knudepunkt.
  • Kirchhoffs spændingslov fortolkes ofte som den anden lov om Kirchhoffs eller Kirchhoffs loop-lov. Det beskæftiger sig med en sløjfes spændingsligninger.

Kirchhoffs nuværende lov (KCL)

“Kirchhoffs nuværende lov siger, at summeringen af ​​den indgående strøm til en node er lig med summeringen af ​​den udgående strøm fra noden.”

Matematisk kan det anføres som følgende ligning.

Jegin = ∑ jegud

DC-kredsløb, KCL
DC-kredsløb, billede - 1

Fra ovenstående billede kan vi se, at strømmen I1 og jeg4 kommer ind til noden, mens jeg2 og jeg3 er udgående strømme. Så vi kan skrive ifølge Kirchhoffs nuværende lov, at -

I1 + I4 = I2 + I3

Eller jeg1 + I4 - Jeg2 - Jeg3 = 0

Konceptkontrol: Hvad vil være den aktuelle værdi for filialen I5? Forudsat at jeg1= 2 mA, I2= 1 mA, I3= 4 mA, I4= 1 mA og I6= 2 mA.

DC-kredsløb, KCL
DC-kredsløb, billede - 2

Opløsning: For at løse denne type problemer med DC-kredsløb skal du først finde ud af den ønskede node. Adskil derefter de indgående og udgående aktuelle komponenter. Anvend derefter Kirchhoffs nuværende lov og find løsningen.

De indkommende strømme er jeg1, Jeg3, Jeg4.

De udgående strømme er jeg2, Jeg5, Jeg6.

Den manglende komponent er jeg5, som er udgående.

Nu, fra KCL, ved vi det –∑Iin = ∑ jegud

Så vi kan skrive -

I1 + I3 + I4 = I2 + I5 + I6

Eller jeg5 = I1 + I3 + I4 - Jeg2 - Jeg6

Eller jeg5 = 2 mA + 4 mA + 1 mA - 1 mA - 2 mA

Eller jeg5 = 4 mA

Kirchhoffs spændingslov (KVL)

Kirchhoffs Spændingsloven siger, at spændingen omkring en sløjfe i kredsløbet er lig med nul, og den algebraiske sum af spændingsfald ved hver gren i den løkke er også lig nul.

Matematisk kan det anføres som følgende ligning.

Σ Vn = 0

Vn repræsenterer spændingen omkring n elementer eller gren af ​​sløjfen.

DC-kredsløb, KVL
DC-kredsløb,
Billedkredit - KwinkunksKirchhoff-spændingslovenCC BY-SA 3.0

Fra ovenstående billede kan vi skrive det,

VAB + VBC + VCD + VDA = 0

Kirchhoffs spændingslov har få egenskaber. Nogle af dem er -

  • Mens du analyserer et kredsløb, hvis du starter din sti med en node, skal du ikke medtage nogen anden sløjfe i din sti og slutte din sti i den samme node, så vil spændingssummen gennem den sti være nul.
  • Stien kan være i enhver retning; stien med uret eller mod uret påvirker ikke Kirchhoffs spændingslov.
  • Et typisk komplekst kredsløb kan have mange sløjfer. KVL er gyldig for hver eneste sløjfe i kredsløbet.

Node Spændingsmetode

Noden spænding metode er en anden nyttig metode til analyse af DC-kredsløbet. Den er afledt af Kirchhoffs gældende lov. SPICE – en simulatorsoftware indeholder denne metode. Faktisk er denne metode mere behagelig at implementere og analysere hele kredsløbet. At bruge metoden hjælper os med at slippe ud af Kirchhoffs spændingslov, hvis vi vil.

  • Nodespænding: Nodespænding er et koncept, der er nødvendigt til Node Voltage Method. Dette kan defineres som den potentielle forskel mellem to noder.

Fremgangsmåden for at følge Nodespændingsmetoden kan anvendes på jævnstrømskredsløbene ved at følge nedenstående trin.

  • Vælg en referenceknude. I de fleste tilfælde vælges jordnoden.
  • Navngiv alle de andre knudepunkter i kredsløbet.
  • Start med knudepunkterne, hvilket synes at være let. Energikildeknudepunktet (helst spændingskilde) forbundet med referenceknudepunktet ville være mere behageligt.
  • Anvend nu Kirchhoffs nuværende lov for hver knude. Gør også beregningerne af hms lov.
  • Find ud af løsningerne til alle nodespændinger.
  • Find ud af evt kredsløbets strøm ved hjælp af Ohms lov.

Mesh nuværende metode

Maskestrømmetoden er en anden effektiv metode til DC-kredsløbsanalyse. Det er afledt af Kirchhoffs spændingslov, og en ny metode med navnet “Loop current method” er afledt af denne metode. Det har en ekstra fordel i forhold til andre kredsløbsanalysemetoder, da det ikke kræver at løse et 2E antal kredsløbsligninger (E står for antallet af elementer i kredsløbet). At studere denne metode har brug for et passende niveau af forståelse af begrebet sløjfer og masker.

  • Loopstrøm: Loopstrøm er et koncept, der er nødvendigt for denne metode. Det er defineret som strømmen gennem en hvilken som helst sløjfe eller net i kredsløbet.
  • Superposition-princip: Superposition står for generel tilføjelse. Her angiver superposition-princippet, at loopstrømme kan tilføjes for at få det aktuelle aktuelle element.
  • Lineæritet: Linearitetsegenskaber hjælper med at bruge superpositionen. Lineæritet multiplicerer spænding med en konstant og får strømmen som konstant det multiplicerede produkt.

Fremgangsmåden for at følge Mesh nuværende metode kan anvendes ved at følge nedenstående trin.

  • Marker maskerne (kendt som åbne vinduer i kredsløbet).
  • Vælg en bestemt konstant strømretning (enten med eller mod uret), som alle anvendes til hvert maske. Giv også aktuelle variabler til hvert maske.
  • Anvend Kirchhoffs spændingslov for hvert maske og skriv ligningerne ned.
  • Beregn det resulterende system for alle maske ligningerne.
  • Brug Ohms lov til at finde ud af de ønskede strøm- og spændingskomponenter.

Loop nuværende metode

Vi kan sige, at Loop nuværende metode er en opdateret version af Mesh Current-metoden. Denne metode er populær og nyttig til ikke-plane kredsløb.

Fremgangsmåden for at følge loop nuværende metode kan bruges til at analysere jævnstrømskredsløb ved hjælp af nedenstående trin.

  • Marker maskerne (kendt som et åbent vindue i kredsløbet). Identificer også sløjferne.
  • Vælg en bestemt konstant strømretning (enten med eller mod uret), som alle anvendes til hvert maske. Giv også aktuelle variabler til hvert maske eller løkkerne.
  • Beregn det resulterende system for alle net- og loopstrømsligningerne.
  • Brug Ohms lov til at finde ud af den ønskede spænding og strømkomponent.  

Nogle vigtige spørgsmål relateret til DC-kredsløb

1. Hvad er hovedideen bag Kirchhoffs nuværende lov?

Svar: Thans hovedidee bag Kirchhoffs nuværende lov er teorien om, at afgifter ikke kan akkumuleres på et tidspunkt.

2. Skriv nogle begrænsninger i Kirchhoffs love.

Svar: Kirchhoffs begge love har nogle begrænsninger. De er anført nedenfor.

  • Kirchhoffs nuværende lov antages, at ledere og ledninger er det eneste medie til strømmen af ​​strøm. I virkeligheden kan vi i højfrekvente kredsløb observere strømmen af ​​strøm i åbne kredsløb, som standardledere fungerer som transmissionslinjer.
Transmissionslinje-animation 3
KCL er krænket i transmissionslinjer, jævnstrømskredsløb, billede – 4 billedkredit – Sbyrnes321Transmissionslinje-animation 3CC0 1.0
  • Kirchhoffs spændingslov antager, at hver lukket kredsløb i kredsløbet er fri for virkningen af ​​magnetfeltet, mere specifikt det svingende magnetfelt. Men i højfrekvente kredsløb bliver denne tilstand ikke opfyldt.

3. Nodalanalyse er baseret på loven om energibesparelse - angiv, om den givne sætning er sand eller falsk.

Svar: Falsk. Nodal analyse er baseret på Kirchhoffs nuværende lov, og også Kirchhoffs første lov understøtter bevarelse af afgifter, ikke energi.

4. Hvad er virkningen på kredsløbets strøm, hvis energikilderne er forbundet parallelt?

Svar: Strømmen i hele kredsløbet bliver øget.

Efterlad en kommentar