等效内阻
几个联接上去的阻值所起的作用,可以用一个内阻来取代,这个内阻就是这些内阻的等效内阻。也就是说任何电回路中的内阻,不论有多少只,都可等效为一个内阻来取代。而不影响原回路两端的电流和回路中电流硬度的变化。这个等效内阻,是由多个内阻经过等效串并联公式,估算出等效内阻的大小值。也可以说,将这一等效内阻取代原有的几个内阻后,对于整个电路的电流和电压量不会形成任何的影响,所以这个内阻就称作回路中的等效内阻。
就是用一个内阻取代串联电路中几个内阻,例如一个串联电路中有2个内阻,可以用另一个内阻来取代它们。首先把这两个内阻串联上去,之后联通滑动变阻器,联通到适当的地方就可以,然杂记录下这时的电流与电压,分别假定为U和I。之后就另外把内阻箱接入电路中,滑动变阻器不要联通,保持原貌,调整变阻器的电阻,致使电流和电压为I和U。
在电路剖析中,最基本的电路就是阻值电路。而剖析内阻电路往往要将电路通分,求其等效内阻。因为实际电路方式多种多样,内阻之间连接方法也不尽相同,因而等效内阻估算方式也有所不同。本文就几种常见的内阻连接方法,说说等效阻值的估算方式和方法。
一、电阻的串联
以3个阻值连接为例,电路如图1所示。
按照内阻串联特征可推得,等效内阻等于各串联内阻之和,即
由此可见:
(1)串联内阻越多,等效内阻也越大;
(2)假如各内阻电阻相同,则等效内阻为R=nR1
二、电阻的并联
电路如图2所示。
按照内阻并联特性可推得,等效内阻的倒数等
于各并联内阻倒数之和,即:
上述推论能够推广使用呢?即假如一个内阻是另一个内阻的3倍、4倍,,n倍。
比如,128内阻分别与48、38、28、18内阻并联(它们的倍数分别是3、4、6和12倍),等效内阻怎么估算?
不难看出:当一阻值为另一阻值的n倍时,等效内阻的估算通式为
三、电阻的混联
在实际电路中,单纯的内阻串联或并联是不多见的,更常见的是既有串联,又有并联,即内阻的混联电路。
对于混联电路等效内阻估算,分别可从以下两种情况考虑。
1.内阻之间连接关系比较容易确定
求解方式是:先局部,后整体,即先确定局部内阻串联、并联关系,依据串、并联等效内阻估算公式串联电路总电阻怎么计算?,分别求出局部等效内阻,之后逐渐将电路通分,最后求出总等效内阻。
比如图3所示电路,从a、b两端看进去,R1与R2并联,R3与R4并联,后者等效内阻与前者等效内阻串联,R5的两端处于同一点(b点)而被短接,估算时不须考虑,所以,等效内阻:
值得注意的是:等效内阻的估算与对应端点有关,也就是说不同的两点看进去,等效内阻常常是不一样的,由于对应点不同,内阻之间的连接关系可能不同。
比如图3,若从a、c两点看进去,R1与R2并联串联电路总电阻怎么计算?,R3与R4就不是并联,而是串联(但此时R3+R4被短接),这样,等效内阻为:
Rac=R1MR2
同理,从b、c看进去,R1与R2串联(被短接),R3与R4并联,等效内阻:
Rbc=R3MR4
2.内阻之间连接关系不太容易确定
比如图4所示,各内阻的串、并联关系不是很清晰,对初学者来说,直接求解比较困难。所以,可将原始电路进行改画,使之成为内阻连接关系比较显著的电路,之后再进行估算。
具体方式步骤如下:
(1)找出电路各节点,并对其进行命名,如图5所示。
在找节点时需注意:
等电位点属于同一点,故不能重复命名,如上图的c点,它是由三个等电位点构成的,命名时必须将它们看成一点。
(2)将各节点画在一条水平线上,如图6所示。
布局各节点时需注意:为便捷估算,最好将两端点分别画在两头,如图6的a、b两点。
(3)对号入座各内阻,画出新电路。正式各内阻分别画在对应节点之间,这样,就构成了一个与原始电路实质相同,而方式比较简单明了的新电路了,如图7所示。最后再求等效内阻。
此方式可称为节点命名法。它是剖析内阻连接关系比较复杂电路的一种实用的方式。
四、电阻的星形(Y)与三角形(v)连接电路
求解这类电路等效内阻的基本思路,就是将电路作星形与三角等效互换,使之弄成内阻串、并联电路。
比如图8所示电路。
此题还可以将R3、R4、R5弄成Y形,或则将R1、R3、R4弄成v(也可将R2、R3、R5弄成v)等方式通分进行估算。
五、平衡电桥的等效内阻
1.电桥的概念
电桥电路的构成特征是:4个节点,5条大道。图8所示电路就是一个电桥电路,其中,a-c、c-b、b-d和d-a节点间所接西路为桥臂内阻,c-d间所接西路为桥内阻。
对于通常电桥电路,只能按上述方式求等效内阻。而当电桥平衡时,估算则大为简化。
2.电桥平衡及平衡条件
在电桥电路中,如图10所示,假如桥大道两端的电位值相等,即Vc=Vd,则电桥就处于平衡状态。
这么,在哪些情况下电桥可以达到平衡?按照电桥平衡概念,很容易推得电桥平衡条件是当相邻内阻成比列,或对臂内阻乘积相等时,电桥达到平衡状态。
由此可知,图8所示电桥不满足平衡条件。并且,假如将R4和R5分别改为258和208(如图11所示),此时,R1@R5=R2@R4,或则R1/R4=R2/R5,该电桥达到平衡条件,就是平衡电桥。
3.平衡电桥内阻估算
电桥平衡时,可以毋须用上述内阻星形三角形变换方式估算等效内阻,而是借助电桥平衡特性来估算,具体可以采用以下两种方式:
(1)因为c、d等电位(即Ucd=0),因而可用一根导线将两点直接短接,如图12所示
说明:
假如电路中富含几个平衡电桥,同样可以按照平衡特性,将各等电位点短接或则断掉。诸如,图14所示电路,其中就富含四个平衡电桥,估算时可将等电位点全部短接,如图15所示。
具有对称结构的电路
观察可知,图14所示就是一个具有左右对称、上下也对称的电路。估算这些电路时,还可以借助电路对称特性,使估算显得更简便。
(1)假如只考虑左右对称,则用一假想平面将电路沿对称轴分成左右两部份,如图16所示,之后求出其中一半的等效内阻,即:
Rcabc=1+(1+1)M(1+1)+1=38最后,求得总等效内阻为:
Rab=Rcabc/2=1.58(2)
假如同时还考虑该电路上下也对称的特性,这么估算就更简单了,估算时只需取四分之一部份即可,如图17所示。
Rab=Rae=1+1M1=1.58
综上所述,在实际等效内阻估算中,只有依照电路的具体方式及内阻之间的连接关系,选择正确、恰当的估算方式,把握灵活、简便的运算方法,能够确切而又快速地进行剖析和估算。其实熟练把握和运用这种技巧和方法不是一蹴而就的,须要花一定的时间,下一番工夫,强化训练,不断总结,能够逐渐积累经验,真正把握等效内阻的估算方式和方法。