节点电压法
节点电压法
节点电压法1. 介绍节点电压法是电路分析中常用的一种方法，通过对电路中每个节点的电压进行分析，可以得到电路中各个元件的电流及节点之间的关系。
这种方法主要基于基尔霍夫电流定律，即电路中进入节点的电流等于出节点的电流之和，利用此定律可以建立节点电压方程组，通过求解方程组可以得到电路中各个节点的电压。
2. 节点电压法的步骤节点电压法的分析步骤如下：2.1 确定参考节点首先，在电路中选择一个节点作为参考节点，将其电压设为0V。
通常选择接地节点作为参考节点。
2.2 标记其他节点的电压对于除参考节点外的每一个节点，都用一个未知变量来表示其电压值，并用标号或符号标记。
2.3 列节点电流方程基于基尔霍夫电流定律，对于每个节点，列出关于该节点的电流方程。
电流方程是根据所连接的元件和电压源的电流关系得到的。
2.4 列电压方程对于每一个节点，利用电压源的正负端的电位差与该节点电压的关系，列出电压方程。
2.5 解方程组将所得到的所有电流方程和电压方程组成一个方程组，通过求解这个方程组可以得到各个节点的电压值。
3. 举例说明下面以一个简单的电路进行举例，说明节点电压法的应用：电路图电路图首先，我们选择节点A作为参考节点。
然后，我们标记节点B和节点C的电压分别为Vb和Vc。
根据基尔霍夫电流定律，我们可以得到以下电流方程：•I1 = I2 + I3•I2 = I4 + I5根据电压源的正负端的电位差与该节点电压的关系，我们可以得到以下电压方程：•Vb = 5 - 10I2•Vc = 15 - 10I4将得到的电流方程和电压方程组成方程组：•I1 = I2 + I3•I2 = I4 + I5•Vb = 5 - 10I2•Vc = 15 - 10I4通过求解这个方程组，我们可以得到节点B和节点C的电压值。
进而可以计算出电路中各个元件的电流值。
4. 节点电压法的优势节点电压法具有以下优势：4.1 适用于复杂电路节点电压法可以用于分析复杂电路，无论电路中是否存在电流源或电压源，都可以通过建立方程组来求解节点电压。
节点电压法
节点电压法以节点电压为求解对象的电路计算方法。
节点电压是在为电路任选一个节点作为参考点（此点通常编号为“0”），并令其电位为零后,其余节点对该参考点的电位。
一个支路数为b、节点数为n的电路,其节点电压数为n-1，所以用节点电压法计算时需要列出 (n-1)个以节点电压为未知量的独立方程。
电路的节点方程图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。
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G 11=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。
节点电流法和节点电压法
节点电流法和节点电压法
节点电流法（Nodal Analysis）和节点电压法（Mesh Analysis）是电路分析中常用的两种方法，用于分析电路中的电流和电压分布。
这两种方法基于基尔霍夫定律和欧姆定律。
1. 节点电流法（Nodal Analysis）：
-原理：基于基尔霍夫电流定律，该定律表明一个节点的总电流等于从该节点流出的电流之和。
-步骤：
1. 选择一个参考节点（一般称为地节点）。
2. 对于每个非参考节点，编写基尔霍夫电流方程，该方程等于该节点的进入电流之和等于离开电流之和。
3. 解这些方程以找到每个节点的电流。
-优点：特别适用于有大量电流源的电路。
2. 节点电压法（Mesh Analysis）：
-原理：基于基尔霍夫电压定律，该定律表明沿着任何闭合回路的总电压降等于该回路内的总电压源之和。
-步骤：
1. 确定电路中的网（Mesh），每个网是一个简单的闭合回路。
2. 对每个网，编写基尔霍夫电压方程，该方程等于该回路内的电压源之和等于电阻和电流源引起的电压降之和。
3. 解这些方程以找到每个网格的电流。
-优点：特别适用于有大量电压源的电路。
这两种方法本质上是等效的，但在不同情况下选择使用其中一种方法可能更方便。
在实际应用中，根据电路的特点和要解决的问题，选择使用节点电流法或节点电压法。
节点电压法
G i j ( ij )称为节点 i 和 j 的互电导,是节点i 和j 间电导总和的负
值。此例中G12= G21=-G5, G13= G31=-G4 , G23= G32=- G6。 iS11、iS22、iS33是流入该节点全部电流源电流的代数和。此例
中iS11=iS1,iS22=0,iS33=-iS3。
补充方程
u2u3 8V
代入u1=14V，整理得到：
1.5u2 1.5u3 24V u2 u3 8V
解得：
u 2 1V 2u 34 Vi 1A
四、弥尔曼定理：
对只含有两个节点的电路，如图所示，用观察法可列出一个独立 节点的电压方程：
(
1 R1
1 R2
1 R3
1 R4
)U
n1
U S1 R1
U S2 R2
U S3 R3
整理得
U S1 U S 2 U S3
U n1 (
R1 1
R2 11
R3 1
)
R1 R 2 R3 R 4
对只含有两个节点的电
路, 其节点电压可表示为
U S
U n1
R或 1
R
U n1 ( G U S ) G
上式称为弥尔曼定理。分子表示电流源电流或等效电流 源电流代数和。分母表示独立节点连接的各支路的电 导之和。电流源电流或等效电流源电流参考方向指向 独立节点取+，反之取-。
解得各节点电压为：
u11V u2 3V
选定各电阻支路电流参考方向如图所示，可求得：
i1 (1S)u1 1A i2 (2S)u2 6A i3 (1S)(u1 u2) 4A
例2.用节点电压法求图示电路各支路电压。
解: 参考节点和节点电压如图所示。列出三个结点方程：
节点电压法
09379090 葛佳音一、节点电压：指独立节点对非独立节点的电压。
二、基本指导思想用未知的节点电压代替未知的支路电压来建立电路方程，以减少联立方程的元数。
三、步骤应用基尔霍夫电流定律建立节点电流方程，然后用节点电压去表示支路电流，最后求解节点电压。
具体如下：1、选择参考节点，设独立节点电位选定参考节点和各支路电流的参考方向，并对独立节点分别应用基尔霍夫电流定律列出电流方程2、根据基尔霍夫电压定律和欧姆定律，建立用节点电位和已知的支路电阻表示支路电流的支路方程3、将支路方程和节点方程相结合，消去节点方程中的支路电流变量，代之以节点电位变量，经移项整理后，获得以两节点电位为变量的节点方程4、解方程得节点电位5、由节点电位求支路电压，进而求支路电流四、P74 例3.1应注意的细节：1、假设参考节点的原因：电压是指电路中两点A、B之间的电位差。
所以，由选取节点的电位可以表示支路电压。
2、不用考虑V1、V2谁大谁小。
可任意设一个电流方向。
但为减少出错，R2上的电流若写成（V1-V2）/R2，则默认R2上的电流朝向节点2。
3、不用考虑串并联。
这也是节点电压法的一大优势。
4、电路图中是电流源（不是电流表）。
***电流源（符号如下图）：R→∞电流源的内阻相对负载阻抗很大，负载阻抗波动不会改变电流大小。
在电流源回路中串联电阻无意义，因为它不会改变负载的电流，也不会改变负载上的电压。
在原理图上这类电阻应简化掉。
负载阻抗只有并联在电流源上才有意义，与内阻是分流关系。
***电压源（如下图）：R→0稳博电压源电压源就是给定的电压，随着你的负载增大，电流增大，理想状态下电压不变，实际会在传送路径上消耗，你的负载增大，消耗增多。
电压源的内阻相对负载阻抗很小，负载阻抗波动不会改变电压高低。
在电压源回路中串联电阻才有意义，并联在电压源的电阻因为它不能改变负载的电流，也不能改变负载上的电压，这个电阻在原理图上是多余的，应删去。
负载阻抗只有串联在电压源回路中才有意义，与内阻是分压关系。
节点电压法
二节点电压法
以独立节点的节点电压作为独立变量，根据KCL列出关于节点电压的电路方程，进行求解的过程。
建立方程的过程（如图3-7）
图3-7
第一步，适当选取参考点。
第二步，根据KCL列出关于节点电压的电路方程。
节点1：
节点2：
节点3：
第三步，具有三个独立节点的电路的节点电压方程的一般形式
第二类情况：含理想电压源。
①仅含一条理想电压源支路，如图3-8。
图3-8
ａ.取电压源负极性端为参考点：则
ｂ.对不含有电压源支路的节点利用直接观察法列方程：
ｃ.求解
②含多条不具有公共端点的理想电压源支路，如图3-9。
图3- 9
ａ.适当选取参考点：令 ，则 。
ｂ.虚设电压源电流为I，利用直接观察法形成方程ห้องสมุดไป่ตู้
式中， 称为自由导，为连接到第 个节点各支路电导之和，值恒正。
称为互电导，为连接于节点 与 之间支路上的电导之和，值恒为负。
流入第 个节点的各支路电流源电流值代数和，流入取正，流出取负。
三仅含电流源时的节点法
第一步，适当选取参考点；
第二步，利用直接观察法形成方程；
第三步，求解。
四含电压源的节点法
第一类情况：含实际电压源：作一次等效变换。
如下图3-12，用网孔电流法和节点电压法列方程。
图3-3-6
网孔电流方程：
约束方程：
补充方程： ；
节点电压方程：
约束方程：
补充方程： ；
上述电路也可以列写回路电流方程，如下：
回路电流方程：
补充方程： ；
ｃ.添加约束方程：
ｄ.求解
节点电压法
写成一般形式为
其中G 称为节点自电导 节点自电导， 其中 11、 G22、G33称为节点自电导，它们分别是各节点全部 电导的总和。 此例中 11= G1+ G4+ G5, G22= G2 + G5+ G6, G33= 电导的总和。 此例中G G3+ G4+ G6。 G i j ( i≠j )称为节点 i 和 j 的互电导 是节点 和j 间电导总和的负 称为节点 的互电导,是节点 是节点i 称为 此例中G 值。此例中 12= G21=-G5, G13= G31=-G4 , G23= G32=- G6。 iS11、iS22、iS33是流入该节点全部电流源电流的代数和。此例 是流入该节点全部电流源电流的代数和。 中iS11=iS1,iS22=0,iS33=-iS3。
例3. 用节点电压法求图 (a)电路的电压u和支路电流i1，i2。
解：先将电压源与电阻串联等效变换为电流源与电阻并联， 如图(b)所示。对节点电压u来说 ，图(b)与图(a)等效。只需列 出一个节点方程。
(1S + 1S + 0.5S)u = 5A + 5A
解得
u=
10A = 4V 2.5S
按照图(a)电路可求得电流i1和i2
例5 用节点电压法求图电路的结点电压。
解：由于14V电压源连接到结点①和参考结点之间，结点 ①的结点电压 u1=14V成为已知量，可以不列出结点①的结点方程。考虑到8V电压源电流i 列出的两个结点方程为：
(1S)u1 + (1S + 0.5S)u2 + i = 3A (0.5S)u1 + (1S + 0.5S)u3 i = 0
整理得到:
5u1 2u2 u3 = 12V 2u1 + 11u2 6u3 = 6V u 6u + 10u = 19V 2 3 1
电路基础-§2-4节点电压法
第二章电阻电路§2-4 节点电压法一、节点电压法（一）节点电压的概念任意选择电路中某一节点为参考节点，其他节点称为独立节点，各独立节点与参考节点之间的电压称为节点电压。
节点电压的参考方向一般选择为独立节点指向参考节点，因此节点电压就是节点电位。
一旦选定节点电压，各支路电压均可用节点电压表示，连在独立节点与参考节点之间的支路电压等于相应节点的节点电压。
连在独立节点之间的支路电压等于两个相关节点的节点电压之差。
电路中所有支路电压都可以用节点电压表示。
（二）节点电压方程⎪⎭⎪⎬⎫=++=++=++333332321312232322212111313212111s n n n s n n n s n n n i u G u G u G i u G u G u G i u G u G u G ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=+++=+++=+++snn nn nn n n n n s nn n n n s nn n n n i u G u G u G i u G u G u G i u G u G u G 2211222222121111212111（三）节点电压法的解题步骤（1）指定参考节点，其余节点独立节点与参考节点之间的电压即为节点电压，其参考方向时由独立节点指向参考节点。
（2）求出各节点的自电导、各相邻节点间的互电导、各节点电源电流，按式（2-14）方法列写节点方程。
（3）求解节点电压方程，得出各节点电压值。
（4）指定支路电流的参考方向，根据支路电流与节点电压的关系，求出各支路电流。
（5）如果电路中含有电压源与电阻的串联组合时，先将其等效变换为电流源与电阻并联的组合，然后再列写节点电压方程，进行计算。
（6）如果电路中含有电压源并没有电阻与之串联，可用下列方法：①尽可能选用电压源支路的负极性端作为参考节点，这时该支路另一端的节点电压就已知（节点电压等于电压源电压），该节点方程也就不用列写了，其余节点方程仍按一般方法列写；②假设流过电压源的电流为，增加了一个变量，同时补充一个节点电压与电压源电压关系的方程，这样就能可以解出节点电压。
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节点电压法
百科名片
节点电压为求解对象的电路计算方法。
节点电压是在为电路任选一个节点作为参考点（此点通常编号为“0”），并令其电位为零后,其余节点对该参考点的电位。
目录
编辑本段基本定义
节点电压法
以电路中节点电压为未知量,根据KCL写出独立的节点电流方程
节点电压法
,然后联立求解出节点电压的方法.
对多支路两节点电路的计算尤为简便.
节点电压是指电路中任一点到参考点之间的电压.
参考点人为选择.常以接地点为参考点。
编辑本段求解方法
第一步：把电压源与阻抗的串联形式化为电流源与阻抗的并联形式
节点电压法
第二步：标出节点，并把其中一个节点选为参考节点（一般为0电位点）
第三步：列出节点电压方程。
列方程方法：自导纳乘以该节点电压+∑与该节点相邻的互导纳乘以相邻节点的电压=流入该节点的电流源的电流-流出该节点电流源的电流第四步：联立求解出上面所有的节点电压方程。
电路计算
编辑本段介绍
以节点电压为求解对象的电路计算方法。
节点电压是在为
电路计算方法
电路任选一个节点作为参考点（此点通常编号为“0”），并令其电位为零
电路计算方法
后,其余节点对该参考点的电位。
一个支路数为b、节点数为n的电路,其节点电压数为n-1，所以用节点电压法计算时需要列出 (n-1)个以节点电压为未知量的独立方程。
节点电压法
编辑本段电路的节点方程
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
节点电压法
向。
参照各支路电流的方向
电路计算方法
，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
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V n1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,V n2的系数【-(G3+G6)】是连接在节点“1”和节点“2”之间的支路
节点电压法
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，
电路计算方法
两式右端项中的I s3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
节点方程
(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
简写
(5)
式中媠n是以自电导
电路计算方法
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, I s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
编辑本段修改的节点法
当电路含有仅由独立电压源构成的支路时,用此法会遇到困难。
因为这种支路的方程是V=，无法用来在KCL方程中消去该支路的电流,所以事先应利用电源转移的办
节点电压法
法（见电路变换）将
电路计算方法书籍
此电压源移走，然后再用此法计算。
另外，电路若含有仅由压控电压源或流控电压源或流控非线性元件构成的支路时，此法由于同上的原因而不能用。
为了解决上述几种支路给本法造成的困难，人们又创立了目前广泛应用的修改的节点法。
这个方法是将那些难以处理（对节点电压法而言）的支路的电流也作为未知量引入节点方程内，同时再把它们的支路方程作为新方程引入节点方程组内形成独立方程数与未知量数相等的新方程组。
求解这一新方程组仍可求得全部节点电压。
应用节点电压法比支路电流法优越在于它需要直接求解的方程数少于后者。
建立节点法所用方程的方法非常简便。
现今的电子计算机辅助电路分析程序，多是采用节点电压法编制的。