電路問題計算的先決條件是正確識別電路,搞清楚各部分之間的連接關(guān)系。對較復雜的電路應(yīng)先將原電路簡化為等效電路,以便分析和計算。識別電路的方法很多,現(xiàn)結(jié)合具體實例介紹十種方法。
一、特征識別法
串并聯(lián)電路的特征是;串聯(lián)電路中電流不分叉,各點電勢逐次降低,并聯(lián)電路中電流分叉,各支路兩端分別是等電勢,兩端之間等電壓。根據(jù)串并聯(lián)電路的特征識別電路是簡化電路的一種最基本的方法。
例1.試畫出圖1所示的等效電路。
解:設(shè)電流由a端流入,在a點分叉,b點匯合,由b端流出。支路a—r1—b和a—r2—r3(r4)—b各點電勢逐次降低,兩條支路的a、b兩點之間電壓相等,故知r3和r4并聯(lián)后與r2串聯(lián),再與r1并聯(lián),等效電路如圖2所示。
二、伸縮翻轉(zhuǎn)法
在實驗室接電路時常??梢赃@樣操作,無阻導線可以延長或縮短,也可以翻過來轉(zhuǎn)過去,或?qū)⒁恢贩絼e處,翻轉(zhuǎn)時支路的兩端保持不動;導線也可以從其所在節(jié)點上沿其它導線滑動,但不能越過元件。這樣就提供了簡化電路的一種方法,我們把這種方法稱為伸縮翻轉(zhuǎn)法。
例2.畫出圖3的等效電路。
解:先將連接a、c節(jié)點的導線縮短,并把連接b、d節(jié)點的導線伸長翻轉(zhuǎn)到r3—c—r4支路外邊去,如圖4。
再把連接a、c節(jié)點的導線縮成一點,把連接b、d節(jié)點的導線也縮成一點,并把r5連到節(jié)點d的導線伸長線上(圖5)。由此可看出r2、r3與r4并聯(lián),再與r1和r5串聯(lián),接到電源上。
三、電流走向法
我們一直尋找的,卻是自己原本早已擁有的;我們總是東張西望,唯獨漏了自己想要的,這就是我們至今難以如愿以償?shù)脑颉?br>
電流是分析電路的核心。從電源正極出發(fā)(無源電路可假設(shè)電流由一端流入另一端流出)順著電流的走向,經(jīng)各電阻繞外電路巡行一周至電源的負極,凡是電流無分叉地依次流過的電阻均為串聯(lián),凡是電流有分叉地分別流過的電阻均為并聯(lián)。
例3.試畫出圖6所示的等效電路。
解:電流從電源正極流出過a點分為三路(ab導線可縮為一點),經(jīng)外電路巡行一周,由d點流入電源負極。第一路經(jīng)r1直達d點,第二路經(jīng)r2到達c點,第三路經(jīng)r3也到達c點,顯然r2和r3接聯(lián)在ac兩點之間為并聯(lián)。二、三絡(luò)電流同匯于c點經(jīng)r4到達d點,可知r2、r3并聯(lián)后與r4串聯(lián),再與r1并聯(lián),如圖7所示。
四、等電勢法
在較復雜的電路中往往能找到電勢相等的點,把所有電勢相等的點歸結(jié)為一點,或畫在一條線段上。當兩等勢點之間有非電源元件時,可將之去掉不考慮;當某條支路既無電源又無電流時,可取消這一支路。我們將這種簡比電路的方法稱為等電勢法。
例4.如圖8所示,已知 r1 = r2 = r3 = r4 = 2ω ,求a、b兩點間的總電阻。
解:設(shè)想把a、b兩點分別接到電源的正負極上進行分析,a、d兩點電勢相等,b、c兩點電勢也相等,分別畫成兩條線段。電阻r1接在a、c兩點,也即接在a、b兩點;r2接在c、d兩點,也即接在b、a兩點;r3接在d、b兩點,也即接在a、b兩點,r4也接在a、b兩點,可見四個電阻都接在a、b兩點之間均為并聯(lián)(圖9)。所以,pab=3ω。
五、支路節(jié)點法
節(jié)點就是電路中幾條支路的匯合點。所謂支路節(jié)點法就是將各節(jié)點編號(約定;電源正極為第1節(jié)點,從電源正極到負極,按先后次序經(jīng)過的節(jié)點分別為1、2、3……),從第1節(jié)點開始的支路,向電源負極畫。可能有多條支路(規(guī)定:不同支路不能重復通過同一電阻)能達到電源負極,畫的原則是先畫節(jié)點數(shù)少的支路,再畫節(jié)點數(shù)多的支路。然后照此原則,畫出第2節(jié)點開始的支路。余次類推,最后將剩余的電阻按其兩端的位置補畫出來。
例5.畫出圖10所示的等效電路。
解:圖10中有1、2、3、4、5五個節(jié)點,按照支路節(jié)點法原則,從電源正極(第1節(jié)點)出來,節(jié)點數(shù)少的支路有兩條:r1、r2、r5支路和r1、r5、r4支路。取其中一條r1、r2、r5支路,畫出如圖11。
再由第2節(jié)點開始,有兩條支路可達負極,一條是r5、r4,節(jié)點數(shù)是3,另一條是r5、r3、r5,節(jié)點數(shù)是4,且已有r6重復不可取。所以應(yīng)再畫出r5、r4支路,最后把剩余電阻r3畫出,如圖12所示。
六、幾何變形法
幾何變形法就是根據(jù)電路中的導線可以任意伸長、縮短、旋轉(zhuǎn)或平移等特點,將給定的電路進行幾何變形,進一步確定電路元件的連接關(guān)系,畫出等效電路圖。
例6.畫出圖13的等效電路。
解:使ac支路的導線縮短,電路進行幾何變形可得圖14,再使ac縮為一點,bd也縮為一點,明顯地看出r1、r2和r5三者為并聯(lián),再與r4串聯(lián)(圖15)。
七、撤去電阻法
根據(jù)串并聯(lián)電路特點知,在串聯(lián)電路中,撤去任何一個電阻,其它電阻無電流通過,則這些電阻是串聯(lián)連接;在并聯(lián)電路中,撤去任何一個電阻,其它電阻仍有電流通過,則這些電阻是并聯(lián)連接。
仍以圖13為例,設(shè)電流由a端流入,b端流出,先撤去r2,由圖16可知r1、r3有電流通過。再撤去電阻r1,由圖17可知r2、r3仍有電流通過。同理撤去電阻r3時,r1、r2也有電流通過由并聯(lián)電路的特點可知,r1、r2和r3并聯(lián),再與r4串聯(lián)。
八、獨立支路法
讓電流從電源正極流出,在不重復經(jīng)過同一元件的原則下,看其中有幾條路流回電源的負極,則有幾條獨立支路。未包含在獨立支路內(nèi)的剩余電阻按其兩端的位置補上。應(yīng)用這種方法時,選取獨立支路要將導線包含進去。
例7.畫出圖18的等效電路。
方案一:選取a—r2—r3—c—b為一條獨立支路,a—r1—r5—b為另一條獨立支路,剩余電阻r4接在d、c之間,如圖19所示。
方案二:選取a—r1—d—r4—c—b為一條獨立支路,再分別安排r2、r3和r5,的位置,構(gòu)成等效電路圖20。
方案三:選取a—r2—r3—c—r4—d—r5—b為一條獨立支路,再把r1接到ad之間,導線接在c、b之間,如圖21所示,結(jié)果仍無法直觀判斷電阻的串并聯(lián)關(guān)系,所以選取獨立支路時一定要將無阻導線包含進去。
九、節(jié)點跨接法
將已知電路中各節(jié)點編號,按電勢由高到低的順序依次用1、2、3……數(shù)碼標出來(接于電源正極的節(jié)點電勢最高,接于電源負極的節(jié)點電勢最低,等電勢的節(jié)點用同一數(shù)碼,并合并為一點)。然后按電勢的高低將各節(jié)點重新排布,再將各元件跨接到相對應(yīng)的兩節(jié)點之間,即可畫出等效電路。
例8.畫出圖22所示的等效電路。
解:節(jié)點編號:如圖22中所示。
節(jié)點排列:將1、23節(jié)點依次間隔地排列在一條直線上,如圖23。
元件歸位:對照圖22,將r1、r2、r3、r4分別跨接在排列好的1、2得等效電路如圖24。
十、電表摘補法
若復雜的電路接有電表,在不計電流表a和電壓表v的內(nèi)阻影響時,由于電流表內(nèi)阻為零,可摘去用一根無阻導線代替;由于電壓表內(nèi)阻極大,可摘去視為開路。用上述方法畫出等效電 搞清連接關(guān)系后,再把電表補到電路對應(yīng)的位置上。
例9.如圖25的電路中,電表內(nèi)阻的影響忽略不計,試畫出它的等效電路。
解:先將電流去,用一根導線代摘替,再摘去電壓表視為開路,得圖26。然后根據(jù)圖25把電流表和電壓表補接到電路中的對應(yīng)位置上,如圖27所示。