五、圖四之電路中,試求出節點電壓 V1 及 V2。
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詳解 (共 4 筆)

堅持
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詳解 #5694019
2023/01/07


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Pine
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詳解 #5710452
2023/02/01


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Pine
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詳解 #5710453
2023/02/01


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阿九
阿九
詳解 #6380104
2025/04/19

分析電路 (圖四):

  • 這是一個直流電路,包含一個 6V 的電壓源、一個 2A 的電流源以及四個電阻。
  • 參考點(接地)已經標示在電路底部。
  • 我們需要求解節點 V1​ 和 V2​ 相對於地的電壓。

使用節點電壓法 (Nodal Analysis):

  1. 設定節點方程式: 我們需要對 V1​ 和 V2​ 這兩個非參考節點列出克希荷夫電流定律 (KCL) 方程式。KCL 指出,流出(或流入)一個節點的總電流為零。我們假設電流從節點流出為正。

  2. KCL at Node V1​:

    • 電流向左流經 3Ω 電阻: 3ΩV1​−6V​
    • 電流向下流經 6Ω 電阻: 6ΩV1​−0V​=6ΩV1​​
    • 電流向右流經 2Ω 電阻: 2ΩV1​−V2​​
    • 根據 KCL,流出電流總和為 0: 3V1​−6​+6V1​​+2V1​−V2​​=0
  3. KCL at Node V2​:

    • 電流向左流經 2Ω 電阻: 2ΩV2​−V1​​
    • 電流向下流經 8Ω 電阻: 8ΩV2​−0V​=8ΩV2​​
    • 從最右側支路流入 V2​ 的電流:根據圖示,2A 的電流源從地向上提供電流,流經 8Ω 電阻後流入節點 V2​。因此,從 V2​ 流出到該支路的電流為 -2A。
    • 根據 KCL,流出電流總和為 0: 2V2​−V1​​+8V2​​+(−2A)=0
  4. 整理聯立方程式:

    • 方程式 (1) (來自 V1​): 將方程式兩邊同乘以 6 (3, 6, 2 的最小公倍數) 2(V1​−6)+1(V1​)+3(V1​−V2​)=0 2V1​−12+V1​+3V1​−3V2​=0 6V1​−3V2​=12 (同除以 3 簡化) ⟹2V1​−V2​=4 --- (1')

    • 方程式 (2) (來自 V2​): 將方程式兩邊同乘以 8 (2, 8 的最小公倍數) 4(V2​−V1​)+1(V2​)−8(2)=0 4V2​−4V1​+V2​−16=0 −4V1​+5V2​=16 --- (2')

  5. 解聯立方程式: 我們現在有兩個方程式: (1') 2V1​−V2​=4 (2') −4V1​+5V2​=16

    • 從 (1') 解出 V2​: V2​=2V1​−4

    • 將上式代入 (2'): −4V1​+5(2V1​−4)=16 −4V1​+10V1​−20=16 6V1​=16+20 6V1​=36 V1​=636​=6V

    • 將 V1​=6V 代回 V2​=2V1​−4: V2​=2(6)−4 V2​=12−4=8V

答案:

節點電壓為 V1​=6V 及 V2​=8V。