Quy tắc của Kirchhoff: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Giới thiệu:

Chúng ta biết rằng điện trở tương đương đơn, (RT) có thể được tìm thấy khi hai hoặc nhiều điện trở được kết nối với nhau trong một trong hai chuỗi nếu cùng một giá trị dòng điện chạy qua tất cả các thành phần, song song nếu chúng có cùng điện áp đặt trên chúng. hoặc sự kết hợp của cả hai và rằng các mạch này tuân theo Định luật Ôm. Tuy nhiên, đôi khi trong các mạch phức tạp như mạng cầu hoặc mạng T, chúng ta không thể chỉ sử dụng Định luật Ohm đơn thuần để tìm điện áp hoặc dòng điện lưu thông trong mạch như trong hình (1).

Đối với các loại tính toán này, chúng ta cần các quy tắc nhất định cho phép chúng ta thu được các phương trình mạch và đối với điều này, chúng ta có thể sử dụng Định luật mạch Kirchhoff. [1]

Bước 1: Định nghĩa chung trong phân tích mạch:

Trước khi chúng ta đi vào các quy tắc của Kirchhoff. đầu tiên chúng ta sẽ xác định những điều cơ bản trong phân tích mạch sẽ được sử dụng để áp dụng các quy tắc của Kirchhoff.

1-Mạch điện - một mạch điện là một đường dẫn vòng kín, trong đó dòng điện chạy qua.

2-Đường dẫn - một đường kết nối các phần tử hoặc nguồn.

3-Node - một nút là một điểm nối, kết nối hoặc thiết bị đầu cuối trong mạch mà hai hoặc nhiều phần tử mạch được kết nối hoặc kết hợp với nhau tạo ra một điểm kết nối giữa hai hoặc nhiều nhánh. Một nút được biểu thị bằng một dấu chấm.

4-Nhánh - nhánh là một hoặc một nhóm các thành phần như điện trở hoặc nguồn được kết nối giữa hai nút.

5-Vòng lặp - một vòng lặp là một đường dẫn khép kín đơn giản trong một mạch trong đó không có phần tử hoặc nút mạch nào được gặp nhiều hơn một lần.

6-Mesh - một lưới là một đường dẫn chuỗi vòng khép kín duy nhất không chứa bất kỳ đường dẫn nào khác. Không có vòng nào bên trong lưới.

Bước 2: Hai quy tắc của Kirchhoff:

Vào năm 1845, một nhà vật lý người Đức, Gustav Kirchhoff đã phát triển một cặp hoặc tập hợp các quy tắc hoặc định luật liên quan đến sự bảo toàn dòng điện và năng lượng trong các mạch điện. Hai quy tắc này thường được gọi là Định luật mạch Kirchhoff với một trong các định luật Kirchhoff xử lý dòng điện chạy quanh một mạch kín, Định luật điện áp Kirchhoff, (KCL) trong khi định luật khác đề cập đến các nguồn điện áp có trong một mạch kín, Định luật điện áp Kirchhoff, (KVL).

Bước 3: Áp dụng Quy tắc của Kirchhoff:

Chúng tôi sẽ sử dụng mạch này để áp dụng cả KCL và KVL như sau:

1-Chia mạch thành nhiều vòng.

2-Đặt hướng của dòng điện sử dụng KCL. Đặt 2 hướng dòng điện như bạn muốn, sau đó sử dụng chúng để lấy hướng của dòng điện thứ ba như sau trong hình (4).

Sử dụng định luật hiện tại của Kirchhoff, KCLAt tại nút A: I1 + I2 = I3

Tại nút B: I3 = I1 + I2 Sử dụng định luật điện áp Kirchhoff, KVL

các phương trình đã cho là: Vòng 1 được cho là: 10 = R1 (I1) + R3 (I3) = 10 (I1) + 40 (I3)

Vòng lặp 2 được cho là: 20 = R2 (I2) + R3 (I3) = 20 (I2) + 40 (I3)

Vòng 3 được cho là: 10 - 20 = 10 (I1) - 20 (I2)

Vì I3 là tổng của I1 + I2, chúng ta có thể viết lại các phương trình dưới dạng; Phương trình Không 1: 10 = 10I1 + 40 (I1 + I2) = 50I1 + 40I2 Phương trình. Không 2: 20 = 20I2 + 40 (I1 + I2) = 40I1 + 60I2

Bây giờ chúng ta có hai "Phương trình đồng thời" có thể được rút gọn để cung cấp cho chúng ta các giá trị của I1 và I2 Thay thế I1 theo I2 cho chúng ta

giá trị của I1 là -0.143 Amps Thay thế I2 theo I1 cho chúng ta giá trị của I2 là +0.429 Amps

Như: I3 = I1 + I2 Dòng điện chạy trong điện trở R3 được cho là: I3 = -0,143 + 0,429 = 0,286 Amps

và hiệu điện thế trên biến trở R3 đã cho là: 0,286 x 40 = 11,44 vôn

Dấu âm của I1 có nghĩa là hướng của dòng hiện tại được chọn ban đầu là sai, nhưng vẫn có giá trị. Trên thực tế, pin 20v là sạc pin 10v. [2]

Bước 4: Sơ đồ KiCAD của mạch:

Các bước mở Regiad:

Bước 5: Các bước vẽ mạch trong Kicad:

Bước 6: Mô phỏng Multisim của mạch:

Ghi chú:

Quy tắc Kirchhoff có thể được áp dụng cho cả mạch AC và DC, trong trường hợp AC thì điện trở sẽ bao gồm tụ điện và cuộn dây không chỉ có điện trở ohmic.

Bước 7: Tham khảo:

[1]

[2]