等效电路在电路分析中是一个十分重要的概念。很多结构较为复杂的电路都可以用一个结构十分简单的电路去替换,使得电路的分析简单便利,这就是电路的等效化简。
一般来说,两个电路只要对应的外接端子(或端口)上的电压和电流关系相同,即外特性相同,不管内部结构是否一样,称它们是相互等效的电路。如图中的N1和N2,它们对外电路提供相同的电压u和相同的电流i,即它们对外电路的作用是相同的,但其内部结构可能完全不一样。当两者互相代替时,不影响外电路的工作状态,N1和N2是等效的。
1、电阻的串联:首尾相接,通过同一电流。
总电阻为各电阻之和,即:
各电阻上电压分配关系:
当各电阻阻值相差悬殊时,可将小者忽略不计(短路)。
对两电阻串联有分压公式:
各电阻取用功率: 在电压相同的情况下串联电阻越多,电路电流越小,取用功率越少。
电阻串联在电路中的作用:分压、调节电压等。
2、电阻的并联:首首相接、尾尾相接,承受同一电压。
描述结点处电流间的约束关系。
对结点a:(注意要标明参考方向)在结点a有三个电流与它关联,根据KCL可写出:
根据前面的分析我们得到了3个单个结点a,b,c的KCL方程,分别为: |
总等效电阻为:
当各电阻阻值相差悬殊时,可将大者忽略不计(开路)。
对两电阻并联有分流公式:
例:电路如图所示,计算a、b间的等效电阻Req。
解:对于电路(a):
上面的两个8Ω电阻并联,可以等效成一个4Ω电阻;3Ω和6Ω电阻并联,可以等效成一个2Ω电阻;下面的8Ω电阻与导线并联,被短接。通过分析,原电路可以化简成
a、b间的等效电阻Req=6Ω。
对于电路(b):
两个4Ω电阻并联,可以等效成一个2Ω电阻;两个10Ω电阻并联,可以等效成一个5Ω电阻;7Ω电阻连在a、b之间。通过分析,原电路可以化简成
a、b间的等效电阻Req=3.5Ω。
以支路电流为未知量,根据元件的VAR及KCL、KVL约束来建立相互独立的方程组,解出各支路电流,再求其它电压和功率。
应用范围:线性电路、非线性电路
2、用支路电流法解题的一般步骤
以具体电路为例介绍。电路图如下所示。
分析:该电路有2个结点,3条支路
根据KCL,分别对结点①②列电流方程
观察这两个方程中只有一个是独立的。
根据KVL,分别对3个回路列电压方程
观察三个方程中有两个独立方程。
三个独立方程联立,解方程组,得出各条支路的电流。
归纳支路电流法解题的一般步骤:
设电路中有n个结点,b条支路
1、以支路电流为未知量,应标明各支路电流的参考方向。
2、用基尔霍夫电流定律对独立结点(n-1)个列电流方程式。
3、用基尔霍夫电压定律对独立回路(b-n+1)个列电压方程式。独立回路的选取原则如下:
(1)、网孔;
(2)、每个回路应包含一个其他回路中没有的“新支路”。
4、将全部独立方程式联立求解,可得各支路电流值。
5、验算:用非独立结点电流方程式或非独立回路电压方程式将结果代入验算。