干貨 | 十種常見復雜電路分析方法

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2021年6月25日 16:43

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電路問題計算的先決條件是正確識別電路，搞清楚各部分之間的連接關系。對較復雜的電路應先將原電路簡化為等效電路，以便分析和計算。

識別電路的方法很多，現結合具體實例介紹十種方法。

特征識別法

串并聯電路的特征是：串聯電路中電流不分叉，各點電勢逐次降低，并聯電路中電流分叉，各支路兩端分別是等電勢，兩端之間等電壓。

根據串并聯電路的特征識別電路是簡化電路的一種最基本的方法。

舉例：試畫出圖 1 所示的等效電路。

解：設電流由 A 端流入，在 a 點分叉，b 點匯合，由 B 端流出。支路 a—R1—b 和 a—R2—R3(R4)—b 各點電勢逐次降低，兩條支路的 a、b 兩點之間電壓相等，故知 R3 和 R4 并聯后與 R2 串聯，再與 R1 并聯，等效電路如圖 2 所示。

伸縮翻轉法

在實驗室接電路時常常可以這樣操作，無阻導線可以延長或縮短，也可以翻過來轉過去，或將一支路翻到別處，翻轉時支路的兩端保持不動；

導線也可以從其所在節點上沿其它導線滑動，但不能越過元件。

這樣就提供了簡化電路的一種方法，我們把這種方法稱為伸縮翻轉法。

舉例：畫出圖 3 的等效電路。

解：先將連接 a、c 節點的導線縮短，并把連接 b、d 節點的導線伸長翻轉到 R3—C—R4 支路外邊去，如圖 4。

再把連接 a、c節點的導線縮成一點，把連接 b、d 節點的導線也縮成一點，并把 R5 連到節點 d 的導線伸長線上(圖 5)。由此可看出 R2、R3 與 R4 并聯，再與 R1 和 R5 串聯，接到電源上。

電流走向法

電流是分析電路的核心。從電源正極出發(無源電路可假設電流由一端流入另一端流出)順著電流的走向，經各電阻繞外電路巡行一周至電源的負極。

凡是電流無分叉地依次流過的電阻均為串聯，凡是電流有分叉地分別流過的電阻均為并聯。

舉例：試畫出圖 6 所示的等效電路。

解：電流從電源正極流出過 A 點分為三路(AB 導線可縮為一點)，經外電路巡行一周，由 D 點流入電源負極。

第一路經 R1 直達 D 點，第二路經 R2 到達 C 點，第三路經 R3 也到達 C 點，顯然 R2 和 R3 接聯在 AC 兩點之間為并聯。

二、三路電流同匯于 c 點經 R4 到達 D 點，可知 R2、R3 并聯后與 R4 串聯，再與 R1 并聯，如圖 7 所示。

等電勢法

在較復雜的電路中往往能找到電勢相等的點，把所有電勢相等的點歸結為一點，或畫在一條線段上。

當兩等勢點之間有非電源元件時，可將之去掉不考慮；當某條支路既無電源又無電流時，可取消這一支路。

我們將這種簡比電路的方法稱為等電勢法。

舉例：如圖 8 所示，已知 R1 = R2 = R3 = R4 = 2Ω ，求 A、B 兩點間的總電阻。

解：設想把 A、B 兩點分別接到電源的正負極上進行分析，A、D 兩點電勢相等，B、C 兩點電勢也相等，分別畫成兩條線段。

電阻 R1 接在 A、C 兩點，也即接在 A、B 兩點；R2 接在 C、D 兩點，也即接在 B、A 兩點；

R3 接在 D、B 兩點，也即接在 A、B 兩點，R4 也接在 A、B 兩點，可見四個電阻都接在 A、B 兩點之間均為并聯(圖 9)。所以，PAB=3Ω。

支路節點法

節點就是電路中幾條支路的匯合點。所謂支路節點法就是將各節點編號(約定：電源正極為第 1 節點，從電源正極到負極，按先后次序經過的節點分別為 1、2、3……)，從第 1 節點開始的支路，向電源負極畫。

可能有多條支路(規定：不同支路不能重復通過同一電阻)能達到電源負極，畫的原則是先畫節點數少的支路，再畫節點數多的支路。

然后照此原則，畫出第 2 節點開始的支路。余次類推，最后將剩余的電阻按其兩端的位置補畫出來。

舉例：畫出圖 10 所示的等效電路。

解：圖 10 中有 1、2、3、4、5 五個節點，按照支路節點法原則，從電源正極(第 1 節點)出來，節點數少的支路有兩條：R1、R2、R5 支路和 R1、R5、R4 支路。取其中一條 R1、R2、R5 支路，畫出如圖 11。

再由第 2 節點開始，有兩條支路可達負極，一條是 R5、R4，節點數是 3，另一條是 R5、R3、R5，節點數是 4，且已有 R6 重復不可取。所以應再畫出 R5、R4 支路，最后把剩余電阻 R3 畫出，如圖 12 所示。

幾何變形法

幾何變形法就是根據電路中的導線可以任意伸長、縮短、旋轉或平移等特點，將給定的電路進行幾何變形，進一步確定電路元件的連接關系，畫出等效電路圖。

舉例：畫出圖 13 的等效電路。

解：使 ac 支路的導線縮短，電路進行幾何變形可得圖 14，再使 ac 縮為一點，bd 也縮為一點，明顯地看出 R1、R2 和 R5 三者為并聯，再與 R4 串聯(圖 15)。

撤去電阻法

根據串并聯電路特點知，在串聯電路中，撤去任何一個電阻，其它電阻無電流通過，則這些電阻是串聯連接；

在并聯電路中，撤去任何一個電阻，其它電阻仍有電流通過，則這些電阻是并聯連接。

舉例：仍以圖 13 為例，設電流由 A 端流入，B 端流出，先撤去 R2，由圖 16 可知 R1、R3 有電流通過。再撤去電阻 R1，由圖 17 可知 R2、R3 仍有電流通過。同理撤去電阻 R3 時，R1、R2 也有電流通過由并聯電路的特點可知，R1、R2 和 R3 并聯，再與 R4 串聯。