所有组成部分都遵守基尔霍夫现行法律吗?


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基尔霍夫的《电流定律》指出,流经节点的净电流始终为0。AFAIK源自电荷守恒原理。我的问题是,KCL是否适用于任何电气组件?例如,它适用于晶体管,集成电路等。

我认为它应该适用,因为否则,该组件将随时间累积电荷,我认为这不是一个稳定或理想的条件(通常)。另一种可能性是该组件将是“漏电”。例如,该组件将是“向空中投掷电荷”等。在这种情况下,该组件不是在累积电荷,而是将电荷从电路中移出。我想这通常不会发生。

所以我的问题是,基尔霍夫电流定律是否适用于任何电路元件?例如,如果我考虑电流方向,在给定时间通过集成电路引脚的电流相加,我会得到0安培吗?对于其他任何电路元件也是如此。净电流是否不为0安培?


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即使在“泄漏”情况下,流经节点的净流量为0,泄漏也只是另一个出口路径。请注意,这是关于流经节点的电流,而不是有关组件的电流(例如,您可以在其中充入电荷的电容器,而且一段时间内不会出来)
PlasmaHH 2016年

从某种意义上讲,空气总是发生泄漏:热度
David Hoelzer

Answers:


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您是完全正确的:由于电荷守恒,这​​是电动力学的规范对称性的直接结果,因此是不可打破的(根据所有当前知识)自然定律,所有可能路径上的电流总和始终是总是正好为零。在电流不流经分立导体的情况下,这称为高斯定律

对于现实生活中的电子组件,基尔霍夫的电流定律精确到所有电流流过器件引脚的精度。这通常是一个非常好的近似值,因为电荷的任何不平衡都会由于电吸引而趋于平衡。但是,某些组件(例如电子枪)故意打破了这一点,因此从电路角度来看,这显然违反了基尔霍夫定律。当然,如果您考虑电子流的流出,则现行定律再次成立。

现在这里有一个小但重要的警告:电荷只需要保存到最后,而不必在每个时间分别保存。这意味着,如果有一个存储电荷的组件,则电流可以进入其中,等待一段时间作为电荷,然后仅在以后退出。但是,没有任何实际组件在任何可观的时间内存储可观的费用。电容器和电池也是如此:电容器在其极板上存储相等数量的正电荷和负电荷,而电池具有带正电和带负电的离子,这些离子在电路处于接通状态时会流动(作为电流)相遇操作。在两种情况下,电荷始终为零,因此总电荷是恒定的,基尔霍夫的现行定律仍然成立。这同样也适用于闪存,也就是存储的电荷被平衡的半导体。

但是,正如光子在他的回答中指出的那样,对于天线等组件,在进入组件的电流与退出组件之间的电流可能会有很小但有限的时间延迟。

尽管如此,对于所有实际的电子用途,例如OP专门提到的复杂IC,基尔霍夫的现行法律正好成立。


因此,在给定时间测量通过集成电路(或任何其他类型的组件)引脚的净电流时,我应该得到净0安培吧?
Utku

@Utku出于所有实际目的,除非有电子枪之类的例外,否则。
蒂莫,2016年

我要补充一点,有一个重要的例外:所有电流的总和等于该点存储电荷的变化
Brog

@Brog你当然是对的。我在回答中对此添加了解释。
Timo

浮栅晶体管(用于闪存)不是长时间存储很少量的电荷吗?
user253751 '16

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基尔霍夫的电路定律适用于集总元件的电路。

如果您的电路包含分布式元素,例如传输线和天线,则不能指望绝对使用KCL。

例如,在瞬态分析中,至少在1/2个周期之后,电流可能会瞬间流入天线,而不会流出到任何其他电路节点。如果我们要对这种情况进行全面的电磁分析,则大概可以确定出从天线到周围地面和其他电路元件的位移电流,但是通常这种分析太复杂而难以处理。


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基尔霍夫定律假设我们可以将电路划分为“组件”,其中所有电荷都通过引脚进入和退出组件,并且组件没有净电荷。

这仅仅是现实的近似。通常,所有现实世界的组件彼此之间以及整个宇宙之间都具有电容。当电压变化时,该杂散电容必须被充电或放电,这意味着组件之间的净电荷转移。当组件物理移动时,它们之间的电容会发生变化,需要进行净电荷移动以保持电压相同。

这种影响是否可以衡量?这在很大程度上取决于电路的工作速度和组件的尺寸。

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