第7节 部件失效分析(修订中)
技术人员的工作经常需要对故障电路进行“故障排除 (opens new window)”（定位和纠正问题）。良好的故障排除是一项艰巨且有益的工作，需要对基本概念有透彻的理解，有能力提出假设（对效果提出的解释），有能力根据概率判断不同假设的价值（一个特定原因的可能性有多大）可能超过另一个），以及在应用解决方案来纠正问题方面的创造力。
虽然可以将这些技能提炼成科学的方法，但大多数实践过的故障排除人员会同意故障排除涉及一门艺术，并且可能需要多年的经验才能充分发展这种艺术。
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中的电路的直观理解。我们将在这里探讨组件故障对串联和并联电路的一些影响，然后在“串并联组合电路 (opens new window)”一章的末尾进行更大程度的探讨。
# 1. 分析简单串联电路的故障
让我们从一个简单的串联电路 (opens new window)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：
# 1.1. 串联电路中的短路元件
现在让我们假设R 2短路失败。_短路_意味着电阻现在充当一根直导线，几乎没有或没有电阻。该电路的行为就好像一根“跨接”导线连接在 R 2上（如果您想知道，“跨接导线”是电路中临时导线连接的常用术语）。在这个例子中，导致 R 2短路的原因对我们来说无关紧要；我们只关心它对电路的影响：
R 2通过跳线或内部电阻器故障短路，总电路电阻将_减小_。由于电池输出的电压是一个常数（至少在我们的理想模拟中），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，R 1和 R 3（没有改变电阻）上的电压降也会增加，因此两个电阻器的电压下降了整个 9 伏。R 2被跳线的极低电阻绕过，有效地从电路中消除，从一根引线到另一根引线的电阻已降至零。因此，即使总电流增加， R 2上的电压降也是零伏。
# 1.2. 串联电路中的开路元件
另一方面，如果 R 2未能“打开”——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 R 2处于无限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，没有电流在 R 1或 R 3上产生电压降。另一方面，R 2将显示其端子上的全部电源电压。
# 1.3. 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 (opens new window)。首先，我们确定一个“健康”的并联电路应该是什么样子。
# 1.4. 并联电路中的开路元件
假设 R 2在这个并联电路中打开，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_，其电压不会改变，并且与所有电阻器并联，它将保持所有电阻器的电压与以前相同：9伏。由于电压是并联电路中唯一的共同参数，并且其他电阻没有改变电阻值，因此它们各自的支路电流保持不变。
# 1.5. 家居照明应用
这就是家用灯电路中发生的情况：所有灯的工作电压都来自以并联方式排列的电源线。打开和关闭一盏灯（该并联电路中的一个分支关闭和打开）不会影响房间中其他灯的操作，仅影响该灯中的电流（分支电路）和为所有灯供电的总电流房间：
# 1.6. 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了解原因：
理论上，短路电阻器（电阻为 0 Ω）将从任何有限电压源 (I=E/0) 汲取无限电流。在这种情况下，R 2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。然而，只要电压源稳定在 9 伏，其他支路电流（I R1和 I R3）将保持不变。
# 1.7. 分析中的非理想假设
然而，在这个“完美”方案中的关键假设是，在向短路负载提供无限量电流的同时，电源电压将稳定在其额定电压。这根本不现实。即使短路电阻很小（与绝对零电阻相反），也没有_真正的_电压源可以任意提供巨大的过载电流并同时保持稳定的电压。
这主要是由于所有电源固有的内部电阻，源于它们构成的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产生的高电流时，它们的影响会变得非常明显。
在这种情况下，短路的 R 2将导致几乎所有的电压都下降到电池的内部电阻上，电阻器 R 1、R 2和 R 3几乎没有剩余电压：
可以说，故意在任何电压源的端子之间直接短路是一个坏主意。即使由此产生的高电流（热量、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，除非它专门设计用于处理短路，而大多数电压源都不是。
最后，在这本书中，我将带领你完成_不使用任何数字_的电路分析，即在不知道电池产生多少伏特、电阻有多少欧姆的情况下分析电路中元件故障的影响。每个电阻器等。本节作为这种分析的介绍性步骤。
虽然欧姆定律 (opens new window)和串联和并联电路规则的正常应用是通过数值（“定量”）来执行的，但这种没有精确数字的新型分析我喜欢称之为_定性_分析。换句话说，我们将分析电路中效果的_质量_，而不是精确的_数量_。对您而言，结果将是对电路操作有更深入的直观理解。
# 2. 总结
- 要确定如果某个组件发生故障，电路中会发生什么情况，请重新绘制该电路，并将故障组件的等效电阻就位，并重新计算所有值。
- 直观地确定任何给定组件故障的电路会发生什么的能力对于任何电子故障排除人员来说都是一项_至关重要的技能。最好的学习方法是用电路计算和实际电路进行实验，密切注意故障会发生什么变化，什么保持不变，以及为什么！
- 短路 元件是其电阻急剧下降的元件。
- 开放组件是其电阻急剧增加_的组件。_根据记录，电阻器开路故障的频率往往高于短路故障，除非物理或电气过载（物理滥用或过热），否则它们几乎不会发生故障。
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