分流公式及其推导

分流方程是求解并联网络中支路电流的快捷方法。它将两步问题转化为单步方程,省去了先求解电源电压的步骤。

介绍了分流方程的三种常见形式及其推导过程。包含实例讲解。

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最后更新: 2025年12月22日

1 :用于演示分流器的恒流源与并联电阻。参考:Multisim Live

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什么是分流方程?

电阻分流器有三种基本方程。

通用方程

I_{R_X} = I_{Total} \left( \frac{R_{Total}}{R_X} \right)

其中:

  • I_{R_X} 是目标电阻上的电流
  • I_{Total} 是总电流
  • R_{Total} 是并联电阻组合的等效电阻
  • R_X 是目标电阻

两个并联电阻方程

I_{R_1} = I_{Total} \left( \frac{R_2}{R_1 + R_2} \right)
I_{R_2} = I_{Total} \left( \frac{R_1}{R_1 + R_2} \right)
其中:

  • I_{R_1} 是通过电阻 R_1 的电流
  • I_{R_2} 是通过电阻 R_2 的电流
  • I_{Total} 是总电流
  • R_1 R_2 分别是各支路的电阻

易错方程

偶尔我们会遇到第三种变体,它试图推广两个并联电阻的公式。这在数学上是正确的,但具有挑战性,因为我们必须清晰区分两个紧密相关的概念:

  • 电路中目标电阻外的等效并联电阻
  • 整个并联电路的等效电阻

学生常常在应该排除目标电阻时,却使用了整个电路的电阻。

技术提示 :如果使用这种形式,请画两个圆圈。一个代表目标电阻,另一个代表电路的其余部分。

此处包含此变体是为了使文章完整。

I_{R_X} = I_{Total} \left(\frac{R_{Total}}{R_{X}+R_{Total}}\right)

其中:

  • I_{R_X} 是流经目标电阻的电流
  • I_{Total} 是总电流
  • R_{Total} 是并联组合中排除 R_X 后的 等效电阻
  • R_X 是目标电阻

通用电流分配器公式的推导

通用公式很容易求解。它从基尔霍夫电压定律(KVL)的断言开始,该定律指出并联电路中的所有元件都具有相同的节点电压。

I_{Total} = \frac{V_{Supply}} {R_{Total}}

I_{R_X} = \frac{V_{Supply}} {R_X}

由于在并联电路中,所有电阻的供电电压相同:

I_{Total} \cdot R_{Total} = I_{R_X} \cdot R_X

这可以重新整理成我们的通用公式:

I_{R_X} = I_{Total} \left( \frac{R_{Total}}{R_X} \right)

双电阻公式的推导

我们可以从通用公式推导出双电阻公式。例如,以下是求解 I_{R_1} 的起始点:

I_{R_1} = I_{Total} \left( \frac{R_{Total}}{R_X} \right) = I_{Total} \left( \frac{\left( \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}} \right)^{-1}}{R_1} \right)

通过一些代数运算,我们可以将公式简化为如下形式:

I_{R_1} = I_{Total} \left( \frac{R_2}{R_1 + R_2} \right)

代数步骤是您在本笔记末尾问题中的家庭作业的一部分。

工作示例

我们现在将展示三个工作示例。

示例 1

给定一个由10 A电流源和5 Ω、7 Ω电阻组成的并联电路,求通过每个电阻的电流。

将R1定义为5 Ω电阻,R2定义为7 Ω电阻:

对于5 Ω电阻: I_{R_1} = I_{Total} \left( \frac{R_2}{R_1 + R_2} \right) = 10 \left( \frac{7}{5 + 7} \right) \approx 5.83 A

对于7 Ω电阻: I_{R_2} = I_{Total} \left( \frac{R_1}{R_1 + R_2} \right) = 10 \left( \frac{5}{5 + 7} \right) \approx 4.17 A

示例 2

从图1求解 I_{R_2}

R_{Total} = \left( \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} \right)^{-1} = \left( \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{4} \right)^{-1} = \frac{12}{13} \Omega

I_{R_2} = I_{Total} \left( \frac{R_{Total}}{R_X} \right) = 13 \left( \frac{\frac{12}{13}}{3} \right) = 4 A

技术提示 :求解总电阻时,不要忘记使用逆运算。

示例 3

给定图1,选择一个新的R3,使得当电源电流为18 A时,其电流为2 A。

2 = 18 \left( \frac{\frac{1}{\frac{1}{2} + \frac{1}{3} + \frac{1}{R_3}}}{R_3} \right)

简化后,我们确定合适的电阻为9.6 Ω,如图2所示。代数运算作为家庭作业留给读者。

2 :当电源电流为18 A时,为R3选择一个值使其电流为2 A。

结论

分流器是一种快捷方法,旨在节省计算并联电路中支路电流的时间。描述分流器的方法有很多种。典型的教科书会先给出两个电阻的解法,然后包含一个用于多电阻计算的通用公式。如果你必须只选一个公式,我建议你使用:

I_{R_X} = I_{Total} \left( \frac{R_{Total}}{R_X} \right)

这是一个简单直接的公式,既能适用于两个电阻的小型电路,也能处理具有数百个并联支路的复杂电路。虽然其他公式也能用,但两个电阻的公式过于专门化,而另一个公式又过于复杂,需要额外的脑力去区分“等效并联电路电阻”和“ 目标电阻外的电路等效并联电阻”。

请务必使用配套的学习伴侣来测试你的理解。

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