Oppgave: Finn nodespenninger ved hjelp av Kirchhoffs strømlov

Ofte kan man ikke forenkle kretser ved å finne en eller flere ekvivalente motstander, da må man beregne nodespenninger via Kirchhoffs strømlov i stedet.

Følgende krets er en slik krets – den lar seg ikke forenkle på vanlig vis:

Oppgave: Finn nodespenningene i 1, 2 og 3.


Dette kan noen ganger kreve litt (eller mye!) prøving og feiling, fordi retningene på strømmene/spenningsfallene i hver gren ofte ikke er gitt. Dermed mangler man informasjon for å kunne sette opp korrekte "Kirchhoff-ligninger".

I oppgaven over kan man anta at strømkilden til venstre kun mater resistoren som er 1\Omega. Da dette i en egen krets kunne ville krevd v=iR=4.5A\cdot1\Omega=4.5V.

Spenningskilden til høyre er på hele 30V, til sammenligning. Denne vil derfor antagelig dytte strøm til og med igjennom resistoren som er 6\Omega. Noe følgende kretskalkulatorvideo bekrefter:

Problemet er at det skal lite til før kretsen oppfører seg annerledes ..

Her følger to illustrasjoner som viser hvor lite resistoren på 1\Omega trenger å endres, før kretsen forandrer oppførsel:

Man trenger ikke engang så mye som 10\Omega for at oppgaven skal bli en «høne og egget»-situasjon .. I slike tilfeller må man lene seg på kretskalkulatorer som falstad.com, om man ikke har andre metoder.


Løsning for opprinnelig oppgave – med resistor på 1\Omega:

Node 1: 4.5A+\frac{v_{2}-v_{1}}{6\Omega}=\frac{v_{1}}{1\Omega} (inn = ut)

Node 2: \frac{v_{3}-v_{2}}{2\Omega}=\frac{v_{2}-v_{1}}{6\Omega} (inn = ut)

Node 3: \frac{30V-v_{3}}{4\Omega}=\frac{v_{3}-v_{2}}{2\Omega}+\frac{v_{3}}{12\Omega} (inn = ut)

Dette er et tredelt ligningssett, basert på Kirchhoffs strømlov, som må løses.

Etter noe forenklinger:

v_{1}=4v_{2}-3v_{3},

v_{2}=7v_{1}-27V,

v_{3}=\frac{6v_{2}+90V}{10}

Også endelig innsetting:

v_{1}=4(7v_{1}-27V)-3[\frac{6(7v_{1}-27V)+90V}{10}],

v_{1}=28v_{1}-108V+\frac{-126v_{1}+486V-270V}{10},

v_{1}=\frac{864V}{144}=6V,

v_{2}=7(6V)-27V=15V,

v_{3}=\frac{6(15V)+90V}{10}=18V

Har man satt opp ligningene feil, fordi man ikke kjenner retninger på strømmer/spenningsfall, vil man få svar som ikke passer. Feil fortegn er nok.

Da gjelder det å bare prøve på nytt, helt til man finner riktige ligninger.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *