电路问题计算的先决条件是正确识别电路,搞清楚各部分之间的连接关系。对较复杂的电路应先将原电路简化为等效电路,以便分析和计算。识别电路的方法很多,现结合具体实例介绍十种方法。
01
特征识别法
串并联电路的特征是;串联电路中电流不分叉,各点电势逐次降低,并联电路中电流分叉,各支路两端分别是等电势,两端之间等电压。根据串并联电路的特征识别电路是简化电路的一种最基本的方法。
例1.试画出图1所示的等效电路。
解:设电流由A端流入,在a点分叉,b点汇合,由B端流出。支路a—R1—b和a—R2—R3(R4)—b各点电势逐次降低,两条支路的a、b两点之间电压相等,故知R3和R4并联后与R2串联,再与R1并联,等效电路如图2所示。
02
伸缩翻转法
在实验室接电路时常常可以这样操作,无阻导线可以延长或缩短,也可以翻过来转过去,或将一支路翻到别处,翻转时支路的两端保持不动;导线也可以从其所在节点上沿其它导线滑动,但不能越过元件。这样就提供了简化电路的一种方法,我们把这种方法称为伸缩翻转法。
例2.画出图3的等效电路。
解:先将连接a、c节点的导线缩短,并把连接b、d节点的导线伸长翻转到R3—C—R4支路外边去,如图4。
再把连接a、C节点的导线缩成一点,把连接b、d节点的导线也缩成一点,并把R5连到节点d的导线伸长线上(图5)。由此可看出R2、R3与R4并联,再与R1和R5串联,接到电源上。
03
电流走向法
电流是分析电路的核心。从电源正极出发(无源电路可假设电流由一端流入另一端流出)顺着电流的走向,经各电阻绕外电路巡行一周至电源的负极,凡是电流无分叉地依次流过的电阻均为串联,凡是电流有分叉地分别流过的电阻均为并联。
例3.试画出图6所示的等效电路。
解:电流从电源正极流出过A点分为三路(AB导线可缩为一点),经外电路巡行一周,由D点流入电源负极。第一路经R1直达D点,第二路经R2到达C点,第三路经R3也到达C点,显然R2和R3接联在AC两点之间为并联。二、三络电流同汇于c点经R4到达D点,可知R2、R3并联后与R4串联,再与R1并联,如图7所示。
04
等电势法(不讲)
在较复杂的电路中往往能找到电势相等的点,把所有电势相等的点归结为一点,或画在一条线段上。当两等势点之间有非电源元件时,可将之去掉不考虑;当某条支路既无电源又无电流时,可取消这一支路。我们将这种简比电路的方法称为等电势法。
例4.如图8所示,已知R1=R2=R3=R4=2Ω,求A、B两点间的总电阻。
解:设想把A、B两点分别接到电源的正负极上进行分析,A、D两点电势相等,B、C两点电势也相等,分别画成两条线段。电阻R1接在A、C两点,也即接在A、B两点;R2接在C、D两点,也即接在B、A两点;R3接在D、B两点,也即接在A、B两点,R4也接在A、B两点,可见四个电阻都接在A、B两点之间均为并联(图9)。所以,PAB=3Ω。
05
支路节点法
节点就是电路中几条支路的汇合点。所谓支路节点法就是将各节点编号(约定;电源正极为第1节点,从电源正极到负极,按先后次序经过的节点分别为1、2、3……),从第1节点开始的支路,向电源负极画。可能有多条支路(规定:不同支路不能重复通过同一电阻)能达到电源负极,画的原则是先画节点数少的支路,再画节点数多的支路。然后照此原则,画出第2节点开始的支路。余次类推,最后将剩余的电阻按其两端的位置补画出来。
例5.画出图10所示的等效电路。
解:图10中有1、2、3、4、5五个节点,按照支路节点法原则,从电源正极(第1节点)出来,节点数少的支路有两条:R1、R2、R5支路和R1、R5、R4支路。取其中一条R1、R2、R5支路,画出如图11。
再由第2节点开始,有两条支路可达负极,一条是R5、R4,节点数是3,另一条是R5、R3、R5,节点数是4,且已有R6重复不可取。所以应再画出R5、R4支路,最后把剩余电阻R3画出,如图12所示。
06
几何变形法
几何变形法就是根据电路中的导线可以任意伸长、缩短、旋转或平移等特点,将给定的电路进行几何变形,进一步确定电路元件的连接关系,画出等效电路图。
例6.画出图13的等效电路。
解:使ac支路的导线缩短,电路进行几何变形可得图14,再使ac缩为一点,bd也缩为一点,明显地看出R1、R2和R5三者为并联,再与R4串联(图15)。
07
撤去电阻法
根据串并联电路特点知,在串联电路中,撤去任何一个电阻,其它电阻无电流通过,则这些电阻是串联连接;在并联电路中,撤去任何一个电阻,其它电阻仍有电流通过,则这些电阻是并联连接。
仍以图13为例,设电流由A端流入,B端流出,先撤去R2,由图16可知R1、R3有电流通过。再撤去电阻R1,由图17可知R2、R3仍有电流通过。同理撤去电阻R3时,R1、R2也有电流通过由并联电路的特点可知,R1、R2和R3并联,再与R4串联。
08
独立支路法
让电流从电源正极流出,在不重复经过同一元件的原则下,看其中有几条路流回电源的负极,则有几条独立支路。未包含在独立支路内的剩余电阻按其两端的位置补上。应用这种方法时,选取独立支路要将导线包含进去。
例7.画出图18的等效电路。
方案一:选取A—R2—R3—C—B为一条独立支路,A—R1—R5—B为另一条独立支路,剩余电阻R4接在D、C之间,如图19所示。
方案二:选取A—R1—D—R4—C—B为一条独立支路,再分别安排R2、R3和R5,的位置,构成等效电路图20。
方案三:选取A—R2—R3—C—R4—D—R5—B为一条独立支路,再把R1接到AD之间,导线接在C、B之间,如图21所示,结果仍无法直观判断电阻的串并联关系,所以选取独立支路时一定要将无阻导线包含进去。
09
节点跨接法
将已知电路中各节点编号,按电势由高到低的顺序依次用1、2、3……数码标出来(接于电源正极的节点电势最高,接于电源负极的节点电势最低,等电势的节点用同一数码,并合并为一点)。然后按电势的高低将各节点重新排布,再将各元件跨接到相对应的两节点之间,即可画出等效电路。
例8.画出图22所示的等效电路。
解:节点编号:如图22中所示。
节点排列:将1、23节点依次间隔地排列在一条直线上,如图23。
元件归位:对照图22,将R1、R2、R3、R4分别跨接在排列好的1、2得等效电路如图24。
10
电表摘补法
若复杂的电路接有电表,在不计电流表A和电压表V的内阻影响时,由于电流表内阻为零,可摘去用一根无阻导线代替;由于电压表内阻极大,可摘去视为开路。用上述方法画出等效电 搞清连接关系后,再把电表补到电路对应的位置上。
例9.如图25的电路中,电表内阻的影响忽略不计,试画出它的等效电路。
解:先将电流表去,用一根导线代摘替,再摘去电压表视为开路,得图26。然后根据图25把电流表和电压表补接到电路中的对应位置上,如图27所示。
电路分析方法有哪些?
1.交流等效电路分析法。首先画出交流等效电路,再分析电路的交流状态,即:电路有信号输入时,电路中各环节的电压和电流是否按输入信号的规律变化、是放大、振荡,还是限幅削波、整形、鉴相等;2.直流等效电路分析法。画出直流等效电路图,分析电路的直流系统参数,搞清晶体管静态工作点和偏置性质,级间耦合方式等。分析有关元器件在电路中所处状态及起的作用。例如:三极管的工作状态,如饱和、放大、截止区,二极管处于导通或截止等;
3.频率特性分析法。主要看电路本身所具有的频率是否与它所处理信号的频谱相适应。粗略估算一下它的中心频率,上、下限频率和频带宽度等,例如:各种滤波、陷波、谐振、选频等电路;
4.时间常数分析法。主要分析由R、L、C及二极管组成的电路、性质。时间常数是反映储能元件上能量积累和消耗快慢的一个参数。
电子电路图的分类:常遇到的电子电路图有原理图、方框图、装配图和印版图等。
01.
原理图就是用来体现电子电路的工作原理的一种电路图,又被叫做“电原理图”。这种图由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理,所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号以及它们之间的连接方式,就可以了解电路的实际工作情况
02.方框图
方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说,这也是一种原理图。不过在这种图纸中,除了方框和连线几乎没有别的符号了。
它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部的元器件和它们连接方式,而方框图只是简单地将电路安装功能划分为几个部分,将每一个部分描绘成一个方框,在方框中加上简单的文字说明,在方框间用连线(有时用带箭头的连线)说明各个方框之间的关系。
所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理,而原理图除了详细地表明电路的工作原理外,还可以用来作为采集元件、制作电路的依据。
03.装配图
它是为了进行电路装配而采用的一种图纸,图上的符号往往是电路元件的实物的外形图。我们只要照着图上画的样子,依样画葫芦地把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。这种电路图一般是供初学者使用的。
装配图根据装配模板的不同而各不一样,大多数作为电子产品的场合,用的都是下面要介绍的印刷线路板,所以印板图是装配图的主要形式。
04.印板图
印板图的全名是“印刷电路板图”或“印刷线路板图”,它和装配图其实属于同一类的电路图,都是供装配实际电路使用的。
印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔,再将电路不需要的金属箔腐蚀掉,剩下团祥的部分金属箔作为电路元器件之间的连接线,然后将电路中的元器件安装在这块绝缘板上,利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线,完成电路的连接。
由于这种电路板的一面或两面覆的金属是铜皮,所以印刷电路板又叫“覆铜板”。印板图的元件分布往往和原理图中大不一样。
这主要是因为,在印刷电路板的设计中,主要考虑所有元件的分布和连接是否合理,要考虑元件体积、散热、抗干扰、抗耦合等等诸多因素。综合这些因素设计出来的印刷电路板,从喊让外观看很难和原理图完全一致,而实际上却能更好地实现电路的功能。
随着科技发展,现在印刷线路板的制作技术已经有了很大的发展;除了单面板、双面板外,还有多面板,已经大量运用到日常生活、工业生产、国防建设、航天事业等许多领域。
在上面介绍的四种形式的电路图中,电原理图是最常用也是最重塌渗搏要的,能够看懂原理图,也就基本掌握了电路的原理,绘制方框图,设计装配图、印板图这都比较容易了。
掌握了原理图,进行电器的维修、设计,也是十分方便的。因此,关键是掌握原理图。
电路图的组成:电路图主要由元件符号、连线、结点、注释四大部分组成。
1.元件符号:表示实际电路中的元件,它的形状与实际的元件不一定相似,甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元件的特点,而且引脚的数目都和实际元件保持一致。
2.连线:表示的是实际电路中的导线,在原理图中虽然是一根线,但在常用的印刷电路板中往往不是线而是各种形状的铜箔块。就像收音机原理图中的许多连线在印刷电路板图中并不一定都是线形的,也可以是一定形状的铜膜。
3.结点:表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和结点相连的元件引脚、导线,不论数目多少,都是导通的。
4.注释:在电路图中是十分重要的,电路图中所有的文字都可以归入注释—类。细看以上各图就会发现,在电路图的各个地方都有注释存在,它们被用来说明元件的型号、名称等等。
若不知电路的作用,可先分析电路的输入和输出信号之间的关系。如信号变化规律及它们之间的关系、相位问题是同相位,或反相位。电路和组成形式,是放大电路,振荡电路,脉冲电路,还是解调电路。
电器修理、电路设计的工作人员都是要通过分析电路原理图,了解电器的功能和工作原理,才能得心应手开展工作的。会划分功能块,能按照不同的功能把整机电路的元件进行分组,让每个功能块形成一个具体功能的元件组合,如基本放大电路,开关电路,波形变换电路等。