等效內阻
幾個聯接上去的阻值所起的作用,可以用一個內阻來取代,這個內阻就是這些內阻的等效內阻。也就是說任何電回路中的內阻,不論有多少只,都可等效為一個內阻來取代。而不影響原回路兩端的電流和回路中電流硬度的變化。這個等效內阻,是由多個內阻經過等效串并聯公式,估算出等效內阻的大小值。也可以說,將這一等效內阻取代原有的幾個內阻后,對于整個電路的電流和電壓量不會形成任何的影響,所以這個內阻就稱作回路中的等效內阻。
就是用一個內阻取代串聯電路中幾個內阻,例如一個串聯電路中有2個內阻,可以用另一個內阻來取代它們。首先把這兩個內阻串聯上去,之后聯通滑動變阻器,聯通到適當的地方就可以,然雜記錄下這時的電流與電壓,分別假定為U和I。之后就另外把內阻箱接入電路中,滑動變阻器不要聯通,保持原貌,調整變阻器的電阻,致使電流和電壓為I和U。
在電路剖析中,最基本的電路就是阻值電路。而剖析內阻電路往往要將電路通分,求其等效內阻。因為實際電路方式多種多樣,內阻之間連接方法也不盡相同,因而等效內阻估算方式也有所不同。本文就幾種常見的內阻連接方法,說說等效阻值的估算方式和方法。
一、電阻的串聯
以3個阻值連接為例,電路如圖1所示。
按照內阻串聯特征可推得,等效內阻等于各串聯內阻之和,即
由此可見:
(1)串聯內阻越多,等效內阻也越大;
(2)假如各內阻電阻相同,則等效內阻為R=nR1
二、電阻的并聯
電路如圖2所示。
按照內阻并聯特性可推得,等效內阻的倒數等
于各并聯內阻倒數之和,即:
上述推論能夠推廣使用呢?即假如一個內阻是另一個內阻的3倍、4倍,,n倍。
比如,128內阻分別與48、38、28、18內阻并聯(它們的倍數分別是3、4、6和12倍),等效內阻怎么估算?
不難看出:當一阻值為另一阻值的n倍時,等效內阻的估算通式為
三、電阻的混聯
在實際電路中,單純的內阻串聯或并聯是不多見的,更常見的是既有串聯,又有并聯,即內阻的混聯電路。
對于混聯電路等效內阻估算,分別可從以下兩種情況考慮。
1.內阻之間連接關系比較容易確定
求解方式是:先局部,后整體,即先確定局部內阻串聯、并聯關系,依據串、并聯等效內阻估算公式串聯電路總電阻怎么計算?,分別求出局部等效內阻,之后逐漸將電路通分,最后求出總等效內阻。
比如圖3所示電路,從a、b兩端看進去,R1與R2并聯,R3與R4并聯,后者等效內阻與前者等效內阻串聯,R5的兩端處于同一點(b點)而被短接,估算時不須考慮,所以,等效內阻:
值得注意的是:等效內阻的估算與對應端點有關,也就是說不同的兩點看進去,等效內阻常常是不一樣的,由于對應點不同,內阻之間的連接關系可能不同。
比如圖3,若從a、c兩點看進去,R1與R2并聯串聯電路總電阻怎么計算?,R3與R4就不是并聯,而是串聯(但此時R3+R4被短接),這樣,等效內阻為:
Rac=R1MR2
同理,從b、c看進去,R1與R2串聯(被短接),R3與R4并聯,等效內阻:
Rbc=R3MR4
2.內阻之間連接關系不太容易確定
比如圖4所示,各內阻的串、并聯關系不是很清晰,對初學者來說,直接求解比較困難。所以,可將原始電路進行改畫,使之成為內阻連接關系比較顯著的電路,之后再進行估算。
具體方式步驟如下:
(1)找出電路各節點,并對其進行命名,如圖5所示。
在找節點時需注意:
等電位點屬于同一點,故不能重復命名,如上圖的c點,它是由三個等電位點構成的,命名時必須將它們看成一點。
(2)將各節點畫在一條水平線上,如圖6所示。
布局各節點時需注意:為便捷估算,最好將兩端點分別畫在兩頭,如圖6的a、b兩點。
(3)對號入座各內阻,畫出新電路。正式各內阻分別畫在對應節點之間,這樣,就構成了一個與原始電路實質相同,而方式比較簡單明了的新電路了,如圖7所示。最后再求等效內阻。
此方式可稱為節點命名法。它是剖析內阻連接關系比較復雜電路的一種實用的方式。
四、電阻的星形(Y)與三角形(v)連接電路
求解這類電路等效內阻的基本思路,就是將電路作星形與三角等效互換,使之弄成內阻串、并聯電路。
比如圖8所示電路。
此題還可以將R3、R4、R5弄成Y形,或則將R1、R3、R4弄成v(也可將R2、R3、R5弄成v)等方式通分進行估算。
五、平衡電橋的等效內阻
1.電橋的概念
電橋電路的構成特征是:4個節點,5條大道。圖8所示電路就是一個電橋電路,其中,a-c、c-b、b-d和d-a節點間所接西路為橋臂內阻,c-d間所接西路為橋內阻。
對于通常電橋電路,只能按上述方式求等效內阻。而當電橋平衡時,估算則大為簡化。
2.電橋平衡及平衡條件
在電橋電路中,如圖10所示,假如橋大道兩端的電位值相等,即Vc=Vd,則電橋就處于平衡狀態。
這么,在哪些情況下電橋可以達到平衡?按照電橋平衡概念,很容易推得電橋平衡條件是當相鄰內阻成比列,或對臂內阻乘積相等時,電橋達到平衡狀態。
由此可知,圖8所示電橋不滿足平衡條件。并且,假如將R4和R5分別改為258和208(如圖11所示),此時,R1@R5=R2@R4,或則R1/R4=R2/R5,該電橋達到平衡條件,就是平衡電橋。
3.平衡電橋內阻估算
電橋平衡時,可以毋須用上述內阻星形三角形變換方式估算等效內阻,而是借助電橋平衡特性來估算,具體可以采用以下兩種方式:
(1)因為c、d等電位(即Ucd=0),因而可用一根導線將兩點直接短接,如圖12所示
說明:
假如電路中富含幾個平衡電橋,同樣可以按照平衡特性,將各等電位點短接或則斷掉。諸如,圖14所示電路,其中就富含四個平衡電橋,估算時可將等電位點全部短接,如圖15所示。
具有對稱結構的電路
觀察可知,圖14所示就是一個具有左右對稱、上下也對稱的電路。估算這些電路時,還可以借助電路對稱特性,使估算顯得更簡便。
(1)假如只考慮左右對稱,則用一假想平面將電路沿對稱軸分成左右兩部份,如圖16所示,之后求出其中一半的等效內阻,即:
Rcabc=1+(1+1)M(1+1)+1=38最后,求得總等效內阻為:
Rab=Rcabc/2=1.58(2)
假如同時還考慮該電路上下也對稱的特性,這么估算就更簡單了,估算時只需取四分之一部份即可,如圖17所示。
Rab=Rae=1+1M1=1.58
綜上所述,在實際等效內阻估算中,只有依照電路的具體方式及內阻之間的連接關系,選擇正確、恰當的估算方式,把握靈活、簡便的運算方法,能夠確切而又快速地進行剖析和估算。其實熟練把握和運用這種技巧和方法不是一蹴而就的,須要花一定的時間,下一番工夫,強化訓練,不斷總結,能夠逐漸積累經驗,真正把握等效內阻的估算方式和方法。