在实际中应用中,电路不是由单纯的一个负载(电阻)所构成,而是由许多负载,用不同的方法连接起来的。电路中电阻的连接方法主要有:串联;并联;串并联。
(一)电阻的串联
两个以上的电阻,一个接一个的串接起来,称为电阻的串联。将串联电阻的两端接上电源,即组成了电阻串联电路,如图1-9所示。
一个由电源和三个电阻组成的串联电路如图1-10所示。
图1-9 电阻串联电路
图1-10 电阻串联电路
此电路由电阻R1、R2、R3和电源串联组成。电路两端的电压等于电路各段电压的总和。即:
U=U1+U2+U3
因串联电路中,只有一条电流流通的路径,所以各电阻上的电流强度相等,因此各个电阻上的电压分别为:
U1=IR1
U2=IR2
U3=IR3
则代入式中得:
U=IR1+IR2+IR3=I(R1+R2+R3)
因为
U=IR
所以IR=I(R1+R2+R3)
两边各除以I得:
R=R1+R2+R3
当电阻串联时,串联的总电阻等于串联各个电阻之和。
电路如果是由n个电阻组成,则串联总电阻(又称等值电阻)为:
R=R1+R2+R3+…+Rn
将上式两端各乘以I2得:
I2R=I2R1+I2R2+I2R3+…+I2Rn
即:
P=P1+P2+P3+…+Pn
因此当电阻串联时,串联电路的功率等于串联电路中各个电阻的功率之和。
【例题1-7】 设有一电路,由三个电阻串联,R1=30Ω、R2=20Ω、R3=10Ω,电流I=10 A,求电路总电阻R和加在电路两端的电压及R1、R2、R3各个电阻上的压降?
解
串联电路总电阻:R=R1+R2+R3=10+20+30=60(Ω)
电路端电压:U=IR=10×60=600(V)
R1电阻上的压降:U1=IR1=10×30=300(V)
R2电阻上的压降:U2=IR2=10×20=200(V)
R3电阻上的压降:U3=IR3=10×10=100(V)
验证:U=U1+U2+U3=300+200+100=600(V)
(二)电阻的并联
两个或两个以上的电阻的一端全部连接在一节点上,而另一端全部连接在另一节点上,这样的连接叫电阻的并联。将并联电阻的两端接上电源,即组成了电阻并联电路如图1-11,是一个简单的电阻并联电路。它由一个电源三个电阻并联而成。
图1-11 电阻并联电路
因为并联电阻两端的电压相同,故根据欧姆定律可求出各并联支路的分支电流为:
由于电路中总电流等于各分支电流的和。即:
I=I1+I2+I3
亦即
式中 R——并联电路总电阻。
将上式两端同除以U即得出并联电路的总电导之和:
将上式两边各乘以U得:
所以
即电阻并联电路总功率等于各分支电路中的功率之和。
若电路是由n个电阻并联而成,则并联电路总电导等于:
g=g1+g2+g3+…+gn
n个电阻并联电路总功率等于(www.daowen.com)
P=P1+P2+P3+…+Pn
如图1-12所示,是两个相同的电阻并联的电路,且P1=P2=P支,则它的总电阻为:也就是说,两相等的电阻组成的并联电路总电阻,等于其任一支路电阻的数值除以2。
图1-12 两电阻并联电路
同理:如果是n个相等的电阻R0并联时,它的总电阻则为它任一支路电阻的数值除以并联支路数n,即:
【例题1-8】100A的电流分流在两个并联电路,其电路电阻R1=12Ω,R2=8Ω,求I1=?I2=?
解 并联电路电阻为:
(三)电阻的串并联
有电阻的串联,又有电阻的并联和电路,叫电阻的串并联电路。
如图1-13是电阻的串并联电路,一般在串并联电路的计算中,先进行分析,改换成容易观察的图形后,然后求出并联电阻的等值电阻后,再求串联电阻的等值电阻,最后求出整个电路的等值电阻。
将图1-13所示的串并联电路,分解成如图1-14所示的两个简单电路:一个是由电阻串联的电路;另一个是由两个电阻并联的电路。串联电路[图1-14(a)]的电阻为:
图1-13 电阻的串并联电路
并联电路[图1-14(b)]的电阻为:
由R串与R并引化成如图1-14(c)的新电路,来代替图1-13的原电路。此路是一个简单两电阻串联的电路,则等值电阻R=R串+R并。所以此混联电路的总电阻(等值电阻)为:
图1-14 简化电路
串并联电路的总电流为:
电阻R3支路电流为:
电阻R4支路电流为:
【例题1-9】 有一混联电路如图1-15所示,R1=R2=R3=10Ω,R4=20Ω,U=200V。
求 总电阻R、总电流I、分路电流I1,I2
解 根据前面所学公式:
串联等值电阻:R2,3=R2+R3=10+10=20(Ω)
并联等值电阻:
电路总电阻:R=R1+R2,3,4=10+10=20(Ω)
根据欧姆定律得:
电路总电流:
图1-15 混联电路
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