Как вы можете определить чистое направление тока при наличии двух противоположных источников?
Как вы узнаете, будет ли источник 12 В подавлять источник 5 А на резисторе 4 Ом? Изменение направления чистого тока в Node V2. Или наоборот, если источник 5 А сильнее, чем 12 В.
Ответы
Сначала перерисуйте схемы
Часто очень помогает перерисовка схемы. Не всегда. Но иногда ручной процесс помогает вам найти одну-две идеи или, по крайней мере, со временем развивает чувство вещей, когда вы делаете это снова и снова.
Ниже я начал со следования правилу, приведенному в приложении ниже: не подключайте питание к сети :
смоделировать эту схему - Схема, созданная с помощью CircuitLab
Я также заметил, что ваши два источника тока можно уменьшить, как показано выше. Если хотите увидеть, как это сделать, просто замените \$3\:\text{A}\$источник тока с двумя из них, последовательно. (Это не разница ни в чем.) Как только вы это сделаете, вы можете «перерезать» связь между ними (в любом случае они имеют бесконечный импеданс), а затем заметить, что есть \$5\:\text{A}\$источник в узел и \$3\:\text{A}\$источник из узла, что аналогично \$2\:\text{A}\$источник в этот узел. Таким образом, приведенная выше схема также резюмирует это.
Узловой анализ
Узловой анализ - это всего лишь KCL в действии. Следующие уравнения выводятся путем исследования сначала вытекающих токов (помещенных слева) и входящих токов (помещенных справа). Согласно KCL, эти два тока должны быть равны:
$$\begin{align*} \begin{array}{c} {V_1}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\{V_2}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\{V_3}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}} \end{array} && \overbrace{ \begin{array}{r} \frac{V_1}{R_4} + \frac{V_1}{R_5} + \frac{V_1}{R_6}\\\\ \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_2}{R_3} + \frac{V_2}{R_4}\\\\ \frac{V_3}{R_1} + \frac{V_3}{R_2} + \frac{V_3}{R_6} \end{array} }^{\text{outflowing currents}} & \begin{array}{c} &\quad{=}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\&\quad{=}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\&\quad{=}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}} \end{array} & \overbrace{ \begin{array}{l} \frac{V_2}{R_4} + \frac{V_3}{R_6} + 2\:\text{A}\\\\ \frac{V_3}{R_2} + \frac{V_1}{R_4}\\\\ \frac{12\:\text{V}}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_1}{R_6} + 3\:\text{A} \end{array} }^{\text{inflowing currents}} \end{align*}$$
Вы можете использовать приведенное выше как три уравнения с тремя неизвестными и решить для всех трех узловых напряжений, используя методы линейной алгебры. Правило Крамера иногда используется, когда вы застряли, делая эти вещи вручную. Так что посмотри на это. В противном случае используйте бесплатные инструменты, такие как sympy для символической алгебры и sage для числовой алгебры.
Резюме
Нет, нет волшебной палочки, которой можно было бы взмахнуть, чтобы решить, перегружен ли источник напряжения и поглощает ли энергия с течением времени, или расходует ее. Вам просто нужно вдаваться в детали и посмотреть.
Приложение
Один из лучших способов понять схему, которая на первый взгляд может сбивать с толку, - это перерисовать ее. Есть несколько правил, которым вы можете следовать, которые помогут научиться этому процессу. Но есть также некоторые дополнительные личные навыки, которые постепенно развиваются со временем.
Я впервые познакомился с этими правилами в 1980 году, когда прошел курс Tektronix, который предлагался только его сотрудникам. Этот класс предназначался для обучения рисованию электроники людей, которые не были инженерами-электронщиками, но вместо этого должны были иметь достаточную подготовку, чтобы помогать составлять схемы для своих руководств.
В правилах хорошо то, что вам не нужно быть экспертом, чтобы им следовать. И что если вы будете следовать им, даже почти вслепую, то получившиеся схемы действительно легче понять.
Правила следующие:
- Расположите схему так, чтобы казалось, что обычный ток течет сверху вниз на листе схемы. Мне нравится представлять это как своего рода занавес (если вы предпочитаете более статичную концепцию) или водопад (если вы предпочитаете более динамичную концепцию) зарядов, движущихся от верхнего края вниз к нижнему краю. Это своего рода поток энергии, который сам по себе не выполняет никакой полезной работы, но обеспечивает среду для выполнения полезной работы.
- Расположите схему так, чтобы представляющие интерес сигналы перетекали из левой части схемы в правую. В этом случае входы обычно будут слева, а выходы - справа.
- Не «шатайте» власть вокруг себя. Короче говоря, если вывод компонента идет на землю или на другую шину напряжения, не используйте провод для подключения его к другим выводам компонента, которые также идут к той же шине / земле. Вместо этого просто покажите имя узла, например «Vcc», и остановитесь. Подключение питания к схеме почти гарантированно сделает схему менее понятной, а не более. (Бывают случаи, когда профессионалам необходимо сообщить что-то уникальное о рельсовой шине напряжения другим профессионалам. Так что иногда бывают исключения из этого правила. Но при попытке понять запутанную схему ситуация не такая, а такой аргумент «от профессионалов к профессионалам» здесь все еще не работает. Так что просто не делайте этого.) Это требует времени, чтобы полностью понять. Существует сильная тенденция показать все провода, которые участвуют в пайке цепи. Сопротивляйтесь этой тенденции. Идея здесь в том, что провода, необходимые для создания цепи, могут отвлекать. И хотя они могут понадобиться для работы схемы, они НЕ помогают понять схему. На самом деле они делают прямо противоположное. Так что удалите такие провода и просто покажите соединения с рельсами и остановитесь.
- Постарайтесь организовать схему вокруг сплоченности . Почти всегда можно «разобрать» схему так, чтобы образовались узлы компонентов, которые плотно соединены друг с другом, а затем разделены лишь несколькими проводами, идущими к другим узлам . Если вы можете их найти, подчеркните их, выделив узлы и сосредоточившись сначала на том, чтобы нарисовать каждый из них осмысленным образом. Даже не думайте обо всей схеме. Просто сосредоточьтесь на том, чтобы каждая связная часть сама по себе «выглядела правильно». Затем добавьте запасную проводку или несколько компонентов, разделяющих эти «естественные деления» на схеме. Это часто будет иметь тенденцию почти волшебным образом находить отдельные функции, которые легче понять, которые затем «общаются» друг с другом посредством относительно более простых для понимания связей между ними.
Приведенные выше правила не являются жесткими и быстрыми. Но если вы изо всех сил стараетесь следовать им, вы обнаружите, что это очень помогает.
Я также расскажу небольшую историю и приведу несколько примеров успешного составления схем .
Как правило, нельзя.
Вы просто принимаете направление, и если при решении уравнений сила тока оказывается отрицательной, то это противоположно вашему предположению.