3.3 解说电阻串联电路和并联电路特性

串联电路和并联电路是构成形形色色复杂电路的基本电路,而纯电阻串联电路和并联电路(只有电阻参与)是各种串联和并联电路的基础,掌握纯电阻串联电路和并联电路对分析其他电路非常有益。

3.3.1 解说电阻串联电路重要特性

表3-14所示是电阻串联电路重要特性综述。

表3-14 电阻串联电路重要特性

【串联电路总电阻增大】

电阻器串联电路中,串联后的总电阻等于各参与串联电阻器的阻值之和,即总电阻R=R1+R2+R3+…。

由此可见,电阻串联后的总电阻会增大,即电阻串联越多,电路总的电阻就越大。

例如,一只10kΩ电阻与一只12kΩ电阻串联,其串联电路总的电阻等于10kΩ+12kΩ=22kΩ,如图3-10所示是电阻串联电路的等效电路示意图。

图3-10 电阻串联电路的等效电路示意图

利用电阻串联电路的阻值相加特性,可以进行故障检修中的应急处理。例如,需要一只3kΩ的电阻器,而手上没有这一阻值的电阻器,但有1kΩ和2kΩ的电阻器,将这两只电阻器串联后就能得到所需要的3kΩ电阻器。

电阻串联电路并不止是两只电阻串联,可以有更多的电阻串联起来。

【解说电流相等特性】

在电阻串联电路中,流过每一个电阻的电流相等,如图3-11所示。

图3-11 示意图

对这一特性进行进一步扩展可知,电阻串联电路中可以流过直流电流,也可以流过交流电流。对于交流电流而言,无论什么波形的交流电流,串联电路中的电流也是处处相等的。在所有的元器件中,电阻器对各种电流所显示的特性最为简单。

如果电路中有3只或更多的电阻器相串联,流过各电阻器的电流都是相等的,且等于串联电路中的总电流。

【解说串联电路电流相等特性等效理解方法】

图3-12所示是电阻串联电路中电流处处相等等效理解方法示意图。

图3-12 电阻串联电路中电流处处相等等效理解方法示意图

串联电路电流处处相等特性适合于各种元器件构成的串联电路,利用这一特性,在知道串联电路中流过一个元器件的电流特性后,就能知道串联电路中其他元器件中的电流特性。

【延伸阅读】串联特性对电路故障检修的作用

电阻电路的这一特性对串联电路的故障检修相当有用,主要说明下列几点:

(1)当发现串联电路中的某一个元器件没有电流流过时,就可以确定整个串联电路都没有电流。

(2)如果串联电路中的某一只电阻发热,说明这一串联电路存在过电流故障,即流过这一串联电路中每一只电阻的电流都太大。由于电阻在发热,说明还有电流流过该电阻,故障还没有发展到烧坏电阻的程度,应立即断开检查故障。

【各串联电阻压降之和等于总电压特性解说】

根据欧姆定律可知,电阻上的电压等于该电阻的阻值与流过的电流之积,即 U=I×R。在串联电路中,各电阻器上的压降之和等于加到这一串联电路上的电源电压。

例如,由3只电阻构成的串联电路,这个串联电路接在直流电压为3Ⅴ的电源上,3只电阻上的压降之和等于3Ⅴ,如图3-13所示。

图3-13 串联电路电压特性示意图

了解串联电路的电压特性,主要对串联电路故障的检修有益,有两个方面的方便:

(1)电路故障检修中,测量电压比测量电流方便许多。测量电流时要断开线路,再串入万用表的表棒,而测量电压不需要断开电路,直接将两支表棒并联在电阻器两端即可。如果需要测量流过串联电路中某一只电阻器R1的电流时,两支表棒直接接触R1的两根引脚进行电压测量,再除以该电阻器的阻值即可得到流过该电阻的电流值。

(2)如果测量串联电路中某个电阻器上的电压为0Ⅴ,同时直流电源电压正常,就可以说明串联电路中没有电流,串联电路存在开路故障,如图3-14所示。反之,若测量某个电阻器上有电压,说明这一串联电路工作基本正常。用这种测量电阻器两端电压的方法检查串联电路是否开路相当方便。

图3-14 测量串联电阻R1上电压示意图

【抓住串联电路的主要矛盾】

在电路分析中,要学会抓住电路中的主要矛盾,它是电路分析的关键,特别是电路中有许多元器件时,如果能准确判断电路中起主要作用的元器件,无疑可以提高电路分析的速度和质量,这一点很重要。

在电阻串联电路的分析中,要抓住阻值大的电阻,它是串联电路中的主要矛盾。

因为在串联电路中,流过各电阻的电流相等,这样阻值大的电阻上的压降大。

3.3.2 解说电阻并联电路重要特性

表3-15所示是电阻并联电路重要特性综述。

表3-15 电阻并联电路重要特性综述

【各支路电流之和等于回路中总电流】

在电阻并联电路中,各电阻支路电流之和等于并联电路中的总电流,即总电流I=I1+I2+I3+…,如图3-15所示。

图3-15 并联电路电流特性示意图

并联电路对总电流而言是一个分流电路,将总电流分成了几个支路,每个支路的电流小于总电流。

并联电路中,哪个支路的电阻值大,流过它的电流就小,反之则大,如图3-16所示,以此可判断电阻并联电路中各支路电流的大小。

图3-16 判断电阻并联电路中各支路电流的大小示意图

【解说各并联电阻两端电压相等特性】

在电阻并联电路中各并联电阻上的电压相等,如图3-17所示。

图3-17 电阻并联电路电压特性示意图

这一特性对故障检修的帮助是:

当测量并联电路上某一只电阻器两端电压后,就可以不必测量其他并联电阻上的电压,它们都相等,可以简化测量。

【抓住并联电路的主要矛盾】

分析并联电路时就是要抓住阻值小的电阻器,如图3-18所示,R2阻值远小于R1阻值,R2是这一电路中的主要矛盾,是重点分析的元件。在电阻并联电路中,如果某一个电阻器的阻值远远大于其他电阻的阻值,则该电阻不起主要作用,有时可以认为它是开路的。

图3-18 抓住并联电路中阻值小的电阻

3.3.3 解说电阻串并联电路特性

图3-19所示是电阻串并联电路。R1和R2构成并联电路,再与电阻R3串联。

图3-19 电阻串并联电路

R1与R2并联之后的等效电阻是串联电路中的一只电阻,具有串联电路特性,R3也具有串联电路的特性。总电阻等于R1和R2的并联值再加上R3。流过R1的电流与流过R2的电流之和等于流过R3的电流,等于这一串并联电路的总电流。

电路分析中往往要进行串并联电路的等效分析,如图3-20所示是电阻串并联电路的等效过程示意图,进行等效时,先等效并联电路,再进行串联电路的等效,最后等效成一只电阻R。

图3-20 电阻串并联电路的等过程示意图