Analisis voltan nod

Menganalisis rangkaian litar adalah bahagian penting dalam merancang atau bekerja dengan litar yang dirancang sebelumnya, yang berkaitan dengan arus dan voltan di setiap nod atau cabang rangkaian litar. Walau bagaimanapun, proses analisis ini untuk mengetahui arus, voltan atau watt suatu nod atau cawangan, agak rumit kerana banyak komponen dihubungkan bersama. Analisis yang tepat juga bergantung pada teknik yang kita pilih untuk mengetahui arus atau voltan. Teknik analisis asas adalah Analisis Arus Mesh dan Analisis Voltan Nodal.

Kedua-dua teknik ini mengikuti peraturan yang berbeza dan mempunyai batasan yang berbeza. Sebelum menganalisis litar dengan cara yang betul, adalah mustahak untuk mengenal pasti teknik analisis mana yang paling sesuai dari segi kerumitan dan masa yang diperlukan untuk analisis.

Apa yang perlu digunakan - Analisis Mesh atau Analisis Nodal?

Jawapannya tersembunyi dalam kenyataan bahawa berapa banyak sumber voltan atau arus yang ada di litar atau rangkaian tertentu. Sekiranya rangkaian litar yang disasarkan terdiri daripada sumber semasa, maka analisis nod akan menjadi kurang rumit dan lebih mudah. Tetapi, jika litar mempunyai sumber voltan maka teknik analisis mesh sempurna dan memerlukan sedikit masa pengiraan.

Di banyak litar, sumber arus dan voltan tersedia. Dalam situasi tersebut, jika bilangan sumber arus lebih besar daripada sumber voltan, maka analisis nod masih merupakan pilihan terbaik dan seseorang perlu menukar sumber voltan menjadi sumber arus yang setara.

Kami sebelum ini menjelaskan Analisis Arus Mesh, jadi di sini dalam tutorial ini, kami membincangkan Analisis Voltan Nodal dan cara menggunakannya dalam rangkaian litar.

Analisis Nodal

Seperti namanya, Nodal berasal dari istilah simpul. Sekarang apa simpul ?

Litar mungkin mempunyai pelbagai jenis elemen litar, terminal komponen dan lain-lain. Dalam litar di mana sekurang-kurangnya dua atau lebih elemen litar atau terminal disatukan disebut nod. Analisis nod dilakukan pada nod.

Dalam kes Analisis Mesh, ada batasan bahawa analisis mesh hanya dapat dilakukan dalam rangkaian perancang. Litar perancang adalah litar yang boleh ditarik ke permukaan satah tanpa crossover. Tetapi untuk analisis nod, tidak ada batasan semacam itu, kerana setiap nod dapat diberikan voltan yang merupakan parameter penting untuk menganalisis nod menggunakan Kaedah Analisis Node.

Dalam analisis nod, langkah pertama adalah mengenal pasti bilangan nombor yang terdapat dalam rangkaian litar, sama ada litar pemancaran atau litar bukan pemancaran.

Setelah menemui node, kerana berurusan dengan voltan, o memerlukan titik rujukan untuk menetapkan tahap voltan ke setiap nod. Kenapa? Kerana voltan adalah perbezaan yang berpotensi antara dua nod. Oleh itu, untuk membezakan, rujukan diperlukan. Pembezaan ini dilakukan dengan simpul biasa atau bersama yang bertindak sebagai rujukan. Nod rujukan ini perlu sifar untuk mendapatkan tahap voltan sempurna selain rujukan tanah litar.

Jadi, jika rangkaian litar lima nod mempunyai satu nod rujukan. Kemudian untuk menyelesaikan baki empat nod diperlukan empat persamaan nod. Secara umum, untuk menyelesaikan rangkaian litar menggunakan teknik analisis nod yang mempunyai bilangan N jumlah nod, N-1 bilangan persamaan nod diperlukan. Sekiranya semua ini tersedia, sangat mudah untuk menyelesaikan rangkaian litar.

Langkah-langkah berikut diperlukan untuk menyelesaikan rangkaian litar menggunakan Teknik Analisis Nodal.

1. Mencari nod di litar
2. Mencari persamaan N-1
3. Mengetahui voltan N-1
4. Memohon undang-undang Kirchhoff atau KCL semasa

Mencari Voltan dalam Litar menggunakan Analisis Nodal - Contoh

Untuk memahami analisis nod, mari pertimbangkan rangkaian litar di bawah,

Litar di atas adalah salah satu contoh terbaik untuk memahami Analisis Nodal. Litar ini cukup mudah. Terdapat enam elemen litar. I1 adalah sumber semasa dan R1, R2, R3, R4, R5 adalah lima perintang. Mari kita anggap lima perintang ini sebagai lima beban perintang.

Enam elemen komponen ini telah mencipta tiga nod. Oleh itu, seperti yang telah dibincangkan sebelumnya, bilangan nod telah dijumpai.

Sekarang, terdapat bilangan N-1 nod yang bermaksud 3-1 = 2 nod terdapat di litar.

Dalam rangkaian litar di atas, Node-3 dianggap sebagai simpul rujukan. Ini bermaksud voltan nod 3 mempunyai voltan rujukan 0V. Oleh itu, baki dua nod, Node-1 dan Node-2 perlu diberikan voltan. Jadi tahap voltan Node-1 dan Node-2 akan merujuk kepada Node-3.

Sekarang, mari kita pertimbangkan gambar seterusnya di mana aliran semasa setiap nod ditunjukkan.

Dalam gambar di atas, undang-undang Kirchhoff semasa diterapkan. Jumlah arus yang memasuki nod sama dengan arus yang keluar dari nod. Anak panah menunjukkan aliran Inode arus di Node-1 dan Node-2. Sumber arus litar adalah I1.

Untuk Node-1, jumlah arus masuk adalah I1, dan jumlah arus keluar adalah jumlah arus melintasi R1 dan R2.

Dengan menggunakan undang-undang Ohms, arus R1 adalah (V1 / R1) dan arus R2 adalah ((V1 - V2) / R2).

Jadi, dengan menerapkan undang-undang Kirchoff, persamaan The Node-1 adalah

I1 = V1 / R1 + (V1 - V2) / R2 ……

Untuk Node-2 arus melalui R2 adalah (V1 - V2) / R2, arus melalui R3 adalah V ₂ / R ₃ dan perintang R4 dan R5 dapat digabungkan untuk mencapai satu rintangan tunggal iaitu R4 + R5, arus melalui kedua-dua perintang ini akan menjadi V2 / (R4 + R5).

Oleh itu, dengan menerapkan undang-undang Kirchoff semasa, persamaan Node-2 dapat dibentuk sebagai

(V2-V1) / R2 + V2 / R3 + V2 / (R4 + R5) = 0 ………………

Dengan menyelesaikan dua persamaan ini, voltan pada setiap nod dapat dijumpai tanpa kerumitan lagi.

Contoh Analisis Voltan Nodal

Mari lihat contoh praktikal-

Dalam litar di atas, 4 beban tahan menghasilkan 3 Nod. The Node-3 adalah nod rujukan yang mempunyai voltan potensi 0V. Terdapat satu sumber arus, I1, yang menyediakan 10A arus dan satu sumber voltan yang menyediakan voltan 5V.

Untuk menyelesaikan litar ini dan mengetahui arus di setiap cabang, kaedah analisis Node akan digunakan. Semasa analisis, kerana terdapat dua node yang tersisa, diperlukan 2 persamaan nod yang berasingan.

Untuk Node-1, mengikut undang-undang Kirchhoff semasa dan Undang-Undang Ohms, I1 = VR1 + (V1- V2) / R2

Oleh itu, dengan memberikan nilai yang tepat, 10 = V1 / 2 + (V1 - V2) / 1 atau, 20 = 3V1 - 2V2 …….

Sama dengan Node-2

(V2 - V1) / R2 + V2 / R3 + V2 / (R4) = 0 atau, (V2 - V1) / 1+ V2 / 5+ (V2 - 5) / 3 = 0 atau, 15V2 - 15V1 + 3V2 + 5V2 - 25 = 0 -15V1 + 23V2 = 25 ……………….

Dengan menyelesaikan dua persamaan, kita mendapat nilai V1 adalah 13.08V dan nilai V2 adalah 9.61V.

Litar ini seterusnya dibina dan disimulasikan dalam PSpice untuk mengesahkan hasil yang dikira dengan hasil simulasi. Dan kami mendapat hasil yang sama seperti yang dihitung di atas, periksa hasil simulasi dalam gambar di bawah:

Jadi ini adalah bagaimana voltan pada nod yang berlainan dari litar dapat dikira menggunakan Analisis Voltan Nodal.