各種元器件均可以構(gòu)成并聯(lián)電路,電阻并聯(lián)電路是一個最基本的并聯(lián)電路,所有復雜的電路都可以簡化成電阻串聯(lián)和并聯(lián)電路來進行工作原理的理解。
如圖1-31所示是電阻并聯(lián)電路。圖1-31(a)所示電路中,電阻R1和R2兩根引腳分別相連,構(gòu)成兩個電阻的并聯(lián)電路,+V是這一電路的直流工作電壓。
圖1-31 電阻并聯(lián)電路
分析這一電阻串聯(lián)電路,要搞懂以下幾個方面的題目。
1.串聯(lián)電路總電阻愈并愈小
在電阻并聯(lián)電路中,電路的總電阻是愈并聯(lián)愈小,這一點與串聯(lián)電路的總電阻剛好相反。假如兩只20 kΩ的電阻器相并聯(lián),并聯(lián)后總的電阻是一半,即為10 kΩ。
在電阻并聯(lián)電路中,各電阻并聯(lián)后總電阻R的倒數(shù)即是各介入并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和,即1/R=1/R1+1/R2+1/R3……。
2.并聯(lián)電路總電流即是各支路電流之和
如圖1-31(b)所示電路,流過電阻R1 的電流是I1,流過電阻R2的電流是I2,并聯(lián)電路的總電流是I,從電源+V流出的電流分成兩路,一路流過電阻R1,另一路流過電阻R2,根據(jù)節(jié)點電流定律可知,各支路電流之和即是回路中的總電流,對這一詳細電路而言是I =I1+I2。假如有更多的并聯(lián)支路,便有I=I1+I2+I3+……。
在 并聯(lián)電路的各支路中,支路中的電流大小與該支路中的電阻器阻值大小成反比關(guān)系,阻值大的電阻器支路中的電流小,阻值小的電阻器支路中的電流大,從I=U/R公式中可以理解這其中的道理。當電阻R1的阻值大于R2的阻值時,電流I1小于電流I2。
3.并聯(lián)電路的分流作用
從并聯(lián)電路中可以看出,電源+V流出的總電流被分成兩路,即總電流被分流了,將總電流I分成I1和I2,當有更多電阻并聯(lián)時,可以將總電流分成更多的支路電流,只要適當選擇各支路中電阻器的阻值,便能使各支路獲得所需要的電流大小。這樣的電路稱為分流電路,在實用電路中到處可見。
4.并聯(lián)電阻兩端電壓相等
如圖1-31(b)所示電路,電阻R1上的電壓為U1,電阻R2上的電壓為U2,從電路圖中可以看出這兩只并聯(lián)電阻兩真?zhèn)€電壓相等,在這一詳細電路中還即是直流工作+V,由于電阻是與直流工作電壓+V直接并聯(lián)。
5.并聯(lián)電路主要矛盾是阻值小的電阻
并聯(lián)電路中,如若某一個電阻器的阻值遠弘遠于其他電阻的阻值,該電阻不起主要作用,可以以為它是開路的,這樣電路中就留下阻值小的電阻器,分析并聯(lián)電路時就是要捉住阻值小的電阻器,它是這一電路中的主要矛盾,即阻值小的電阻器在并聯(lián)電路中起主要作用,這一點與串聯(lián)電路相反。
6.并聯(lián)電路中的開路特征
如圖1-32所示是并聯(lián)電路中電阻R2開路后的示意圖。電路中,電阻R1與R2構(gòu)成并聯(lián)電路,但R2開路了,這樣電路中就只有電阻R1。這一并聯(lián)電路中的R2開路后電路會發(fā)生如下變化。
圖1-32并聯(lián)電路中電阻R2開路后的示意圖
①這一并聯(lián)電路的總電阻值增大,原先總電阻為R1與R2的并聯(lián)值,現(xiàn)在為R1,R1的阻值大于R1與R2的并聯(lián)值。
②對于直流工作電壓+V而言,電阻R1和R2是這一直流工作電壓的負載。當負載電阻比較大時,流過負載電阻的電流就比較小,也就是要求電源+V流出的電流比較小,通常將這一狀態(tài)稱為電源的負載比較輕。當負載電阻比較小時,流過負載電阻的電流就比較大,也就是要求電源+V流出的電流比較大,通常將電路的這一狀態(tài)稱為電源的負載比較重。當并聯(lián)電路中的某只電阻開路后,電路的總電流下降,說明電源的負載比較輕了。
③電阻R2支路中的電流為零,電阻R1支路中的電流大小不變。
④并聯(lián)電路的總電流減小,由于R2支路中的電流為零了。R2支路開路后,這一并聯(lián)電路的總電流不是為零,只是減小,這一點與串聯(lián)電路不同。
電阻器R2開路詳細可以表現(xiàn)為這樣幾種形式:一是電阻器兩根引腳之間的電阻體某處開裂,二是電阻器的一根引腳斷路了,三是電阻器兩根引腳所在的銅箔線路某一處開裂,這也是電阻器開路。
7.并聯(lián)電路中的短路特征
如圖1-33所示是并聯(lián)電路中電阻R2短路后的示意圖。電路中,電阻R1與R2構(gòu)成并聯(lián)電路,但是R2被短路了,這樣電路中的電阻R1也同樣被短路。這一并聯(lián)電路中的R2短路后電路會發(fā)生如下變化。
圖1-33 并聯(lián)電路中電阻R2短路后的示意圖
并聯(lián)電路中,起主要作用的是阻值小的電阻器,這是并聯(lián)電路的一個重要特性,電阻R2被短路后,這短路線就相稱于一個電阻為零的“電阻器”并聯(lián)在電阻R1和R2上,相稱于是一種三只電阻器的并聯(lián)電路。
在電阻R2短路后,流過電阻R2的電流I2為零,由于電流從電阻值很小的短路線流過,而不從電阻值比較大的R2流過。同理,電阻R1中的電流I1也為零。由此可見,在并聯(lián)電路泛起短路現(xiàn)象后,原來電路中的電阻R1、R2中均沒有電流流過,這種情況的短對電阻R1和R2沒有危害,電流都集中流過短路線,這是電路短路的一個特征。
根據(jù)歐姆定律公式I=U/R可知,因為短路線電阻值幾乎為零,這樣從公式中可能知道,此時流過短路線的電流理論上為無限大。實際電路中因為電源+V的內(nèi)阻影響,電流不會為無限大,但是絕對是很大,而這一電流就是電源+V所流出的電流,顯然這時對電源+V而言是重載,將有燒壞電源+V的危險。
上面所說的R2短路是指指R2兩根引腳之間被另一根導線短路,在天然發(fā)生的短路中情況并非如斯,而是電阻器本身內(nèi)部發(fā)生了短路,這時就會有很大的電流流過短路的電阻器,將這一電阻器燒壞。顯然,這種元器件本身短路與元器件引腳之間被導線短存在著不同。但是,對電源而言這兩種短路對電源的危害是一樣的。
并聯(lián)電路泛起短路后電路的變化不只是簡樸的如斯,還有更深層次的變化,下面從電源電動勢、電壓源等方面進一步進行解說。
8.電源電動勢概念
電源電動勢是衡量電源轉(zhuǎn)換電能能力的物理量,它的大小即是外力將單位正電荷從電源負極經(jīng)電源內(nèi)部移動到正極所做的功。電源電動勢用E表示,電動勢和電壓的單位相同,都是伏特。