电路的三种工作状态解析

图1-11 电路的三种工作状态

当电源与负载通过中间环节连接成电路后，电路可能处于图1-11所示的通路、开路或短路的工作状态下。

图1-11a表示通路的状态，图1-11b表示开路的状态，图1-11c表示短路的状态。下面以该电路为例，分别讨论在三种工作状态下，电路中电流和电压的关系。

1.通路

在图1-11a中，开关S闭合，电源U_s与负载R_L接通，电路处于通路的状态。电路中的电流I为电源的输出电流

式中，R_o是电源的内电阻，通常R_o很小。电源的输出电压U为负载电阻R_L两端的电压U_L，根据欧姆定律和式（1-20）可得电源输出电压U的表达式为

U=U_L=IR_L=U_s-IR_o （1-21）

由式（1-21）可知，在U_s保持不变的情况下，R_o越大，电源输出的电压越小，这就是新、旧电池输出电压不同的原因。

2.开路

在图1-11b中，开关S断开，电源没有与负载接通，电路处于开路的状态。处于开路状态下的电路，负载与电源没有接通，电路中的电流为零，负载电阻两端的电压U_L也为零，根据式（1-21）可得电源输出电压U=U_o，U_o在数值上等于电压源的电压值U_s，U_o又称为电路的开路电压。处于开路状态下的电路，其电流和电压的关系为

I=0

U_L=0 （1-22）

U_o=U_s

式（1-22）说明，电压源的开路电压等于电压源的端电压。(www.xing528.com)

3.短路

在图1-11c中电源两端a、b处，因某种原因而直接相连，或者在负载电阻两端直接相连，都会造成电源短路，使电路处于短路的工作状态下。

处于短路工作状态下的电路，由于外电路负载为零，电源输出的电压U=U_L也为零，电源输出的电流I_s称为短路电流，短路电流很大，会烧坏电源。

电源短路是危险的事故状态，严格来说不能称之为电路的工作状态，引入短路工作状态仅仅是为了后面分析电路问题的某种需要。实用电路中为了防止电路短路而烧毁电源，在电路中均接有如熔断器、断路器等保护装置。处于短路状态下的电路，其电流和电压的关系为

式（1-23）说明，电压源输出电流的最大值等于电压源的短路电流。

【例1-3】一热水器额定功率为800W，额定电压为220V，求该热水器的额定电流和电阻。若将该热水器接在电压为110V的电路上，求该热水器的输出功率。

解 在电流和电压的参考方向相关联时，根据P=IU=I²R=

可得

利用MATLAB软件编程计算的程序为

该程序运行的结果为

计算的结果说明用电器在低电压下工作不能正常发挥用电器的功率。