電阻電路中的故障分析方法

王子涵

（河北省石家莊市第一中學(xué)，河北石家莊，050000）

電阻電路是中學(xué)物理中最為常見的電路。電路的故障分析是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要掌握的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。下面我們介紹電阻電路中一般故障的分析和檢查方法。

1 實(shí)驗(yàn)原理

在電阻電路中，常根據(jù)電路連接的特點(diǎn)和電位、電壓及參考點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行故障分析和檢查，以確定故障的位置和性質(zhì)。

■1.1 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)電路的特點(diǎn)

在電阻串聯(lián)電路中，流經(jīng)各串聯(lián)電阻的電流相同，電路中總電壓等于各串聯(lián)電阻電壓之代數(shù)和，總電阻等于各串聯(lián)電阻之和。在電阻并聯(lián)電路中，各并聯(lián)支路的兩端電壓相同，總電流等于各并聯(lián)支路電流之代數(shù)和，總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)支路電阻的倒數(shù)之和。混聯(lián)電路中，串聯(lián)部分具有串聯(lián)電路的特點(diǎn)，并聯(lián)部分具有并聯(lián)電路的特點(diǎn)。

■1.2 電位、電壓及參考點(diǎn)之間的關(guān)系

在電路的故障分析中，經(jīng)常用到電位、電壓這兩個(gè)物理量。電路中某點(diǎn)的電位是該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓值，參考點(diǎn)在電路中可任意選定，一般規(guī)定參考點(diǎn)的電位為0V。由此可知，參考點(diǎn)一旦選定，電路中各點(diǎn)的電位就是確定值，參考點(diǎn)改變，電路中各點(diǎn)的電位將隨之改變。因此電位是個(gè)相對(duì)量，與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。電路中兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)間的電位差，與參考點(diǎn)的選擇無關(guān)，因此電壓是個(gè)絕對(duì)量。

2 電阻電路故障的檢查方法

在電阻電路中，電路故障的一般情況有元器件的短路或開路、支路的短路或開路和電源無輸出等。這都會(huì)引起電路中電壓、電流的變化，影響電路的正常工作。一般檢查故障的方法有三種：

（1）電壓表法這種情況需通電檢查，適用于串聯(lián)電路。可用電壓表測(cè)量電路中各元件的端電壓，判斷各電壓值與預(yù)計(jì)值是否相近，從而判斷出電路故障；也可用測(cè)量電位的方法，將電壓表的一端（如黑表筆）與電源一端（如負(fù)極）相接，用電壓表的另一端（紅表筆）分別測(cè)量各點(diǎn)的電位，計(jì)算各元件兩端的電壓，判斷各電壓值與預(yù)計(jì)值是否相近，從而判斷出電路故障。例如：測(cè)量電路中某段上各點(diǎn)電位均為零值，但當(dāng)順序測(cè)到某一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)的電位與電源的電壓值相等，則說明該處發(fā)生了斷路。這種方法的特點(diǎn)是不需斷開電源，比較方便。

（2）電流表法這種方法也需通電檢查，適用于并聯(lián)電路。將電流表分別串入電路的各支路中，測(cè)量各電流值，判斷各電流值與預(yù)計(jì)值是否相近，若有明顯差別，電路必有故障。比如：總電流比預(yù)計(jì)值小，說明并聯(lián)支路有斷開的現(xiàn)象；若總電流比預(yù)計(jì)值大，說明支路發(fā)生了短路或部分短路。無論是何種異常，通過分析各支路電流值的大小及有無，可找到并確定故障的原因，然后加以排除。這種方法在每次串入電流表之前都需斷開電源，因此有不便之處。

（3）歐姆表法這種方法需斷電檢查，適用于各種連接方式的電路。無論電路出現(xiàn)何種異常，在檢查前應(yīng)先斷開電源，再斷開各并聯(lián)支路，然后用歐姆表逐個(gè)檢查測(cè)量各元器件的電阻值及連接導(dǎo)線的通斷，從而找出故障。用這種方法檢查電路時(shí)必須先斷開電源，以免損壞儀表。這種方法是在斷開電源后進(jìn)行，故安全方便。

3 實(shí)例分析

對(duì)于一個(gè)線路的檢查，我們可從最直觀的現(xiàn)象來判斷，一般線路出故障時(shí)，表現(xiàn)為無電流、無電壓或電壓、電流值不正常等。下面我們以圖1為例說明上述三種分析電路故障的方法。

圖1是由故障1、故障2和故障3三個(gè)按鍵構(gòu)成三個(gè)不同的故障電路。按下三個(gè)按鈕中的任何一個(gè)，電路都將出現(xiàn)電壓、電流和電阻值不正常的現(xiàn)象，我們按照下述三種方法，找出故障部位和故障性質(zhì)。

圖1 電阻電路故障檢查

■3.1 電壓表法

按圖1所示接線，接通電源，用直流電壓表測(cè)量正常電路情況下，以A 點(diǎn)為參考點(diǎn)的各點(diǎn)電位和各支路電壓，將測(cè)試數(shù)據(jù)記錄在表1中。

表1 電壓表法測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表

將圖1中故障1、故障2和故障3三個(gè)按鍵分別按下，用直流電壓表分別測(cè)量故障情況下，以A 點(diǎn)為參考點(diǎn)的各點(diǎn)電位和各支路電壓，將數(shù)據(jù)記錄在表1中，并與正常電路的測(cè)量值比較。

■3.2 電流表法

首先用電流表測(cè)量圖1所示正常電路中的電流I1、I2和I3，記入表2中。然后設(shè)置故障，將圖1中的故障1、故障2和故障3分別按下，用電流表測(cè)量故障電路的各支路電流I1、I2和I3，將數(shù)據(jù)記錄在表2中，并與正常電路的測(cè)量值比較。

表2 電流表法測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表

■3.3 歐姆表法

檢查前，首先斷開電源，拆掉電路與穩(wěn)壓電源之間的所有連線，開關(guān)S1、S2同時(shí)指向US1、US2電源側(cè)，先用萬用表的歐姆檔測(cè)量正常電路元件的電阻值，將數(shù)據(jù)記錄在表中。然后設(shè)置故障，將圖1中故障1、故障2和故障3分別按下，用歐姆表測(cè)量故障電路的各段支路的電阻值，將數(shù)據(jù)記錄在表3中，并與正常電路的測(cè)量值比較。

表3 歐姆表法測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表

?

■3.4 確定各故障部位和故障性質(zhì)

由以上所測(cè)正常電路與故障電路的數(shù)據(jù)，可以看出，在出現(xiàn)故障1的情況下， UEF=0、I1=0、 RAB=0可見故障1應(yīng)該是出現(xiàn)在電阻R1處，被斷開了；在出現(xiàn)故障2的情況下，UBE=0、RBE=0，表明電阻R3被短路了；故障3出現(xiàn)時(shí)，UBC和UDE都是0，電流I2=0，表明電壓源US2被斷開了。

■3.5 注意事項(xiàng)

我們?cè)诜治鲭娐饭收系臅r(shí)候，必須注意：（1）直流穩(wěn)壓電源嚴(yán)禁短路；（2）注意直流電表的量程，測(cè)量時(shí)要選擇合適的量程；（3）用歐姆表（或萬用表歐姆擋）檢查電路時(shí)，被檢查電路必須先脫離電源，以免損壞儀表。

4 結(jié)束語

分析電阻電路中的故障需要綜合運(yùn)用串聯(lián)、并聯(lián)、電壓表、電流表、歐姆表（萬用表）等的相關(guān)知識(shí)，也是物理實(shí)驗(yàn)考核中的重點(diǎn)。在故障分析時(shí)，一定要多做實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中獲取數(shù)據(jù)，然后分析數(shù)據(jù)找到故障的位置和性質(zhì)。

參考文獻(xiàn):

* [1] 杜治國.電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電路設(shè)計(jì)[J].中國教技術(shù)裝備 .2012(19):130—131.

* [2] 史文元. 電工電子實(shí)驗(yàn)中電阻電路的常見故障分析[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2008(21):220—220.

* [3] 李力聲. 電工電子實(shí)驗(yàn)中常見的電阻電路分析[J]. 世界家苑,2013.

* [4] 李霖, 葉永安. 電子電路故障診斷與處理[J]. 電子科技, 2013,26(1):144—145.