五等-電子工程基本電學大意108 年第 20 題單選題
如下圖電路,試求電流 Ix 為多少安培(A)?
C正確答案
電路含9V電壓源、18V電壓源、12A電流源及三個電阻,用節點電壓法或疊加定理求流過6Ω電阻的電流Ix=3A。
為什麼答案是 C
正解。設上方匯流節點為V1(左)和V2(右)。18V電壓源串聯6Ω,18V電壓源正端接上方中間節點,負端(接地端)在下方;左側3Ω連接9V電壓源,右側3Ω連接12A電流源。以上方中間節點電壓為基準:左支路電流=(V1-9)/3,右支路電流=(V2)/3-12(向上12A電流源注入),18V電壓源使6Ω兩端電壓固定,Ix=18V/6Ω=3A,再以KCL驗證節點電流平衡,Ix=3A成立。
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完整詳解
Pro · 無限重點 電路含9V電壓源、18V電壓源、12A電流源及三個電阻,用節點電壓法或疊加定理求流過6Ω電阻的電流Ix=3A。
設中間節點電壓,18V電壓源直接給出6Ω上方節點電位,結合左側9V與右側12A電流源,列KCL即可快速解出Ix=3A。
逐選項分析
A✕
Ix=1A 代入驗算:6Ω×1=6V,但節點電壓關係不滿足KCL,計算有誤。
B✕ 陷阱
Ix=2A 是只考慮部分電源時常見誤算,忽略12A電流源對節點的貢獻,結果偏低。
C✓ 正確
正解。設上方匯流節點為V1(左)和V2(右)。18V電壓源串聯6Ω,18V電壓源正端接上方中間節點,負端(接地端)在下方;左側3Ω連接9V電壓源,右側3Ω連接12A電流源。以上方中間節點電壓為基準:左支路電流=(V1-9)/3,右支路電流=(V2)/3-12(向上12A電流源注入),18V電壓源使6Ω兩端電壓固定,Ix=18V/6Ω=3A,再以KCL驗證節點電流平衡,Ix=3A成立。
D✕
Ix=4A 代入:6Ω×4=24V,超過18V電壓源電壓,不符合電路約束條件。
電路各支路電流分析(節點電壓法)
| 元件 | 電壓/電流值 | 說明 |
|---|
| 9V電壓源(左) | 9V | 左側電壓源,正端接上方左節點 |
| 左側3Ω | (V_top - 9)/3 | 連接左節點與9V電源 |
| 18V電壓源(中) | 18V | 正端在上,串聯6Ω,決定6Ω兩端電壓 |
| 6Ω電阻 | Ix = 18/6 = 3A | 電流方向向下(如圖箭頭所示) |
| 右側3Ω | V_top/3 | 連接右節點至地 |
| 12A電流源(右) | 12A向上 | 右側電流源提供12A向上電流 |
本題最大陷阱:18V電壓源與6Ω電阻串聯成一支路,電壓源強制該支路兩端電壓為18V,因此Ix直接由歐姆定律Ix=18/6=3A得出,無需複雜計算。考生常誤用節點法對整個電路列方程時,忽略此直接關係而算錯。