组件失效分析

技术人员的工作经常需要对故障电路进行“故障排除”（定位和纠正问题）。良好的故障排除是一项艰巨而有益的工作，需要对基本概念有透彻的理解、提出假设的能力（对效应的提议解释）、根据概率判断不同假设的价值的能力（一个特定原因的可能性有多大）可能会超过另一个），以及在应用解决方案来纠正问题时的创造力。

虽然可以将这些技能提炼成一种科学的方法，但大多数有经验的故障排除人员都会同意故障排除涉及一门艺术，并且需要多年的经验才能充分发展这门艺术。

必须具备的一项基本技能是对组件故障如何影响不同配置的电路有现成且直观的理解。我们将在这里探讨串联和并联电路中元件故障的一些影响，然后在“串并联组合电路”一章的末尾进行更大程度的探讨。

分析简单串联电路的故障

让我们从一个简单的串联电路开始：

由于该电路中的所有组件都以适当的值运行，我们可以用数学方法确定所有电流和电压降：

串联电路中的短路元件

现在让我们假设 R2 短路失败。 短路 意味着电阻器现在充当一根直线，几乎没有电阻。该电路的行为就像在 R2 上连接了一条“跳线”（如果您想知道，“跳线”是电路中临时电线连接的常用术语）。在这个例子中，导致 R2 短路的原因与我们无关；我们只关心它对电路的影响：

R2 短路，无论是由于跳线还是内部电阻故障，总电路电阻将降低 .由于电池输出的电压是一个常数（至少在我们这里的理想模拟中），总电路电阻的降低意味着总电路电流必须增加 :

随着电路电流从 20 毫安增加到 60 毫安，R1 和 R3（未改变电阻）两端的电压降也会增加，因此两个电阻器的电压降为 9 伏。 R2 被跳线的极低电阻绕过，有效地从电路中消除，从一根导线到另一根导线的电阻已降至零。因此，即使总电流增加，R2 上的电压降也为零伏。

串联电路中的开路元件

另一方面，如果 R2 发生故障“开路”——电阻增加到几乎无限的水平——它也会在电路的其余部分产生广泛的影响：

当 R2 为无穷大电阻且总电阻是串联电路中所有单个电阻的总和时，总电流减小到零。在零电路电流的情况下，没有电流会在 R1 或 R3 上产生电压降。另一方面，R2 将显示其端子上的全电源电压。

分析简单并联电路的故障

我们也可以将相同的前/后分析技术应用于并联电路。首先，我们确定一个“健康”的并联电路应该是什么样子。

并联电路中的开路元件

假设 R2 在该并联电路中开路，效果如下：

请注意，在此并联电路中，开路支路仅影响通过该支路的电流和电路的总电流。总电压——在并联电路中的所有组件之间平均分配，对于所有电阻器都是相同的。由于电压源的趋势是保持电压恒定 ，它的电压不会改变，并且与所有电阻并联，它将保持所有电阻的电压与以前相同：9伏。由于并联电路中电压是唯一的共同参数，其他电阻的阻值没有变化，各自的支路电流保持不变。

家居照明应用

这就是家用灯电路中发生的情况：所有灯都从以并联方式排列的电源线获得工作电压。打开和关闭一盏灯（该并联电路中的一个分支关闭和打开）不会影响房间内其他灯的运行，只影响该灯（分支电路）中的电流和为所有灯供电的总电流房间：

并联电路中的短路元件

在理想情况下（具有完美的电压源和零电阻连接线），简单并联电路中的短路电阻也不会影响电路其他分支中发生的情况。在现实生活中，效果并不完全相同，我们将在以下示例中看到原因：

理论上，短路的电阻器（电阻为 0 Ω）会从任何有限的电压源 (I=E/0) 汲取无限大的电流。在这种情况下，R2 的零电阻也将电路总电阻降低到零 Ω，从而将总电流增加到无穷大值。然而，只要电压源稳定在 9 伏，其他支路电流（IR1 和 IR3）将保持不变。

分析中的非理想假设

然而，这个“完美”方案中的关键假设是，电压供应将在其额定电压下保持稳定，同时向短路负载提供无限量的电流。这根本不现实。即使短线有少量阻力（相对于绝对零阻力），也没有真实 电压源可以任意提供巨大的过载电流，同时保持电压稳定。

这主要是由于所有电源固有的内阻，源于它们所用材料的不可避免的物理特性：

这些内部电阻虽然很小，但将我们简单的并联电路变成了串并联组合电路。通常，电压源的内阻足够低，可以安全地忽略它们，但是当遇到由短路组件引起的大电流时，它们的影响就会变得非常明显。

在这种情况下，R2 短路将导致几乎所有电压都通过电池内阻下降，电阻器 R1、R2 和 R3 几乎没有剩余电压：

可以这么说，故意在任何电压源的端子之间直接短路都是一个坏主意。即使由此产生的高电流（热、闪光、火花）不会对附近的人造成伤害，电压源也可能会受到损坏，除非它是专门设计用于处理短路的，而大多数电压源并非如此。

最后，在本书中，我将引导您分析电路而不使用任何数字 ，也就是说，在不确切知道电池产生多少伏特、每个电阻器中的电阻是多少欧姆等情况下分析电路中元件故障的影响。本节是此类分析的介绍性步骤。

而欧姆定律和串联和并联电路规则的正常应用是通过数值（“定量” )，这种没有精确数字的新分析我喜欢称之为定性 分析。换句话说，我们将分析质量 电路中的影响而不是精确的数量 .结果，对您来说，将对电路操作有更深入的直观理解。

评论：

• 要确定如果某个组件出现故障，电路会发生什么情况，请使用故障组件的等效电阻重新绘制该电路，并重新计算所有值。
• 直观地确定具有任何给定组件故障的电路会发生什么情况的能力是至关重要的 任何电子故障排除者的技能。最好的学习方法是尝试电路计算和实际电路，密切关注故障会发生什么变化，什么保持不变，以及为什么 ！
• 短路 组件是电阻显着降低的组件。
• 一个开放 组件是一种其电阻急剧增加的组件。根据记录，电阻器的开路故障往往比短路故障要多，而且它们几乎永远不会发生故障，除非物理或电气压力过大（物理滥用或过热）。

相关工作表：

• 基本电路故障排除工作表