为什么串联电路电流处处相等？

只看该作者 · 2013-8-30 16:43

限于集总电路

只看该作者 · 2013-8-30 17:27

本帖最后由 ee_madao 于 2013-8-30 17:30 编辑

把问题简单化一下，LZ你的问题其实和这个图意思一样

如果不计AB间长度为 L的导线的电阻，
则按集总参数电路的基尔霍夫定律，显然 VA=VB
然而电路学无法说明何时才有VA=VB,即电路学里，A， B两点当成了一点，AB间连线，引起时间延迟被忽略了，把信号传输速度当成无穷大了。
可实际电磁场传播的速度为 v(光速，光也是很高频率的电磁波)，光速是个有限值，那么实际需要花费时间 td，信号才能从A到达B

当开时间t=0时，开关闭合，形成直流通路，但直流信号从无到有，其实有个瞬态过程，类似个阶跃step信号

如果简化假设，电池内阻（没画出来），传输线特性阻抗，负载都是匹配的
也就是假设不考虑反射对电路各处造成的影响，那么A ,B在各个时刻的信号波形如下图

红色波形，为VA在各个时刻波形
蓝色是VB在各个时刻波形；
即，实际上要满足电路学的定义 VA=VB 需要约 td的延时，
也就是说要这么久吧开关触发的step波形传输到B, 即B的DC信号才能建立起来。当t>td, VA=VB 满足电路学KVL条件
电流关系也是同样原理可以推导的
再次说明，为了简化分析上述分析忽略反射对瞬态的影响。

其实，就和通信系统里传输电信信号需要时间一样，电路里传输信号自然也要时间，因为他们都是传送电磁能量。
只是波形不一样而已，本质都要遵守电磁学的物理法则。这些并非什么含糊不清的臆测，都有基本定义，
当然所以物理学法则都是有前提条件的，电路学和电磁学都不例外。

只看该作者 · 2013-8-30 20:48

ee_madao 发表于 2013-8-30 17:27
把问题简单化一下，LZ你的问题其实和这个图意思一样

说的太棒了，通俗易懂！但是我还想问下是不是真的是从正极到负极这么传的啊？是不是从负极到正极呢？电子毕竟是从负极到正极慢慢运动的啊？

只看该作者 · 2013-8-30 20:50

ee_madao 发表于 2013-8-30 17:27
把问题简单化一下，LZ你的问题其实和这个图意思一样

能再分析一下开关在负极端的情况吗？

2万 · 2013-8-30 20:57

好了，已经100多楼了，可以结贴了。

俺在56楼已给出能让楼主解惑的电路图，估计还有人会列举传输线的例子、或是理论证明，言之未尽，所以俺等大家说完再说。
1，对KCL定理重新理论证明。这个铁定不能让楼主释疑了，所以不多说。
2，水流延迟等例子，恰好起反作用，恰好证明了一根导线上KCL不成立了，开始时进不等于出，延迟一段时间才行。实际上KCL跟稳态还是瞬态根本没关系的。
3，其它的扰动、噪声、微观粒子论、压缩论等等，都不能让楼主释疑，恰恰相反，证明了有段时间水管或导线两头电流不相等。

电路图见56楼
1，在dc条件下，IG=0（假设栅极没有漏电流），漏极电流ID假设等于It，根据“进正出负”规则，源端电流IS=-It.
根据以上数据，想象MOS管被一高斯面包围，则IG+ID+IS=0.KCL定理是满足的。
2，在56图示的栅极电压变化情况下，可以想象，此时漏极电流ID和源及电流IS必然是下图模样：

如上图所示，因为N沟道MOS反型层电子来自源极，所以当栅压VG高于阈值电压时，源及电流IS首先开始上升，经过实间t2延迟后，电子到达漏端，此时漏端电流ID才开始上升。
上面这端时间发生情况，跟前面帖子中的“水管流水”例子，几乎一模一样。

观察上图可知，直到ID曲线转折结束段，ID≠IS，故此时IG+ID+IS≠0，似乎KCL定律在此时间段不成立了。
这个时间段是楼主最关心的，也是他之所以“感觉串流电流处处相等”的结论似乎是不对的关键（见帖子第1,2页所述）