1、 電路的組成

電路是由電工設(shè)備和元器件按一定方式聯(lián)接起來的總體，為電流流通提供了路徑。圖2-1所示電路是一個(gè)手電筒電路，它由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)（包括聯(lián)接導(dǎo)線和開關(guān)）三部分組成。其中，干電池為電源，燈泡為負(fù)載，連接導(dǎo)線和開關(guān)為中間環(huán)節(jié)。在電路中隨著電流的流動(dòng)，進(jìn)行著不同形式能量之間的轉(zhuǎn)換。

電源：電路中供給電能的設(shè)備和器件稱為電源，它是將非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。如發(fā)電機(jī)、干電池等。

負(fù)載：電路中使用電能的設(shè)備和元件稱為負(fù)載，它是將電能轉(zhuǎn)換成非電能的裝置。

中間的環(huán)節(jié)：是把電源與負(fù)載連接起來的部分，起傳遞和控制電能的作用。

對(duì)于一個(gè)完整的電路來說，電源（或信號(hào)源）、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)是三個(gè)基本組成部分，它們?nèi)币徊豢伞?/span>

電路模型

在實(shí)際應(yīng)用中，通常用電路圖來表示電路。在電路圖中，各種電器元件都不需要畫出原有的形狀，而是采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)來表示。圖2-2為圖2-1所示的手電筒的電路圖。這種用理想元件構(gòu)成的電路也稱為實(shí)際電路的“電路模型"，我們?cè)谶M(jìn)行理論分析時(shí)所指的電路，就是這種電路模型。

2、電路的作用

電路按其功能可分為兩類：一類是電力電路，它主要起實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換作用，因此，在傳輸和轉(zhuǎn)換過程中，要求盡量減少能量損耗以提高效率。另一類是信號(hào)電路，其主要作用是傳輸和處理信號(hào)等（例如語言、音樂、圖像、 溫度等）。在這種電路中，一般所關(guān)心的是信號(hào)傳遞的質(zhì)量，如要求不失真、 準(zhǔn)確 、靈敏、 快速等。

1.1.2 電路的基本物理量

1、電流

電流是一種物理現(xiàn)象，是帶電粒子（電荷）的定向運(yùn)動(dòng)形成的。電流的大小用電流強(qiáng)度來衡量。電流強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流強(qiáng)度習(xí)慣上又常被稱為電流。

大小和方向均不隨時(shí)間改變的電流叫做恒定電流，簡(jiǎn)稱直流，其強(qiáng)度用符號(hào)I表示。如果電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，則稱為變動(dòng)電流。其中一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值為零的變動(dòng)電流則稱為交變電流，如正弦波電流等，其強(qiáng)度用符號(hào)i來表示。

對(duì)于直流電流，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是恒定不變的，其電流強(qiáng)度

I=Q/T (1-1)

對(duì)于變動(dòng)電流，在很小的時(shí)間間隔內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為，則該瞬間電流強(qiáng)度為：i=dq/dt

電流的單位是安培，國際符號(hào)為A。它相當(dāng)于1秒內(nèi)通過橫截面的電荷為1庫侖(C)。有時(shí)也會(huì)用到千安(KA)，毫安(mA)或微安（µA）。.

習(xí)慣上，我們規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?/span>

電流的方向是客觀存在的，但在電路分析中，有時(shí)某段電流的實(shí)際方向難以判斷，甚至實(shí)際方向在不斷改變，為了解決這一問題，需引入電流的參考方向概念。

一段電路中任意選定一個(gè)方向就叫電流的參考方向，在電路圖中用實(shí)線箭頭表示，有時(shí)也用雙下標(biāo)表示，如iAB，其參考方向是由A指向B。

選定的參考方向不一定就是電流的實(shí)際方向。當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，電流為正值（I > 0）；當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，電流為負(fù)值（I < 0）。這樣，在選定的電流參考方向下，根據(jù)電流的正負(fù)，就可以確定電流的實(shí)際方向，如圖2-3所示。

電流的參考方向是電路分析計(jì)算的一個(gè)重要概念。不規(guī)定參考方向而談電流乃是討論一個(gè)不確定的事物。今后在分析電路時(shí)，首先要假定電流的參考方向，并以此為準(zhǔn)去分析計(jì)算，最后從答案的正負(fù)來確定電流的實(shí)際方向。本書后面電路圖上所標(biāo)出的電流方向都是參考方向。

2、電壓與電位

在物理學(xué)的電磁學(xué)中已經(jīng)知道：電荷在電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的作用，當(dāng)將電荷由電場(chǎng)中的一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)，電場(chǎng)對(duì)電荷作功。處在電場(chǎng)中的電荷具有電位（勢(shì)）能。恒定電場(chǎng)中的每一點(diǎn)有一定的電位，由此引入重要的物理量電壓與電位。

電場(chǎng)中某兩點(diǎn)A、B間的電壓（或稱電壓降）UAB等于將單位正電荷由A點(diǎn)移至B點(diǎn)所做的功。它的定義式為：UAB=dW/dq

在國際單位制中能量的單位名稱是焦（耳），符號(hào)是J，電荷的單位名稱是庫（侖），符號(hào)是C，電壓的單位名稱是伏（特），符號(hào)是V。將1庫(C)的電荷由一點(diǎn)移至另一點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功等于1焦(J)，此兩點(diǎn)間的電壓便等于1伏(V)。度量大電壓有時(shí)用千伏(KV,103V) ,度量小電壓有時(shí)用毫伏(mV,10-3)、微伏(µV,10-6V)等單位。

在電場(chǎng)中可取一點(diǎn)，稱為參考點(diǎn)，記為P，設(shè)此點(diǎn)的電位為零。電場(chǎng)中的一點(diǎn)A至參考點(diǎn)P的電壓 規(guī)定為A點(diǎn)的電位，記為φA，即

φA=UAP

在電路中可以任選一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，例如取“地"作為參考點(diǎn)。兩點(diǎn)間的電壓不隨參考點(diǎn)的不同而改變。用電位表示A，B兩點(diǎn)間的電壓，就有

UBA=φB—φA (1-4)

又顯然有

UBA=φB—φA= —UAB (1-5)

即兩點(diǎn)間沿兩個(gè)相反方向（從A至B與從B至A）所得的電壓符號(hào)相反。

兩點(diǎn)之間電壓的實(shí)際方向是由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，描述這一電壓必須先取定一參考方向。

（1）在A點(diǎn)標(biāo)以“+"號(hào)，在B點(diǎn)標(biāo)以“—"號(hào)，或B點(diǎn)標(biāo)以“+"號(hào)，在A點(diǎn)標(biāo)以“—"號(hào)；

（2）用從A指向B的箭頭表示，或B指向A的箭頭表示；

（3）用雙下標(biāo)表示，如UAB表示電壓從A指向B。

電壓參考方向的選取是任意的。在圖2-4中，若A點(diǎn)的電位高于B點(diǎn)的電位，即φA>φB，則沿此參考方向的電壓為正值，U>0，即電壓的實(shí)際方向與此參考方向相同；反之，若A點(diǎn)的電位低于B點(diǎn)的電位，即φΑ<φB，則沿此參考方向的電壓為負(fù)值，U<0，即電壓的實(shí)際方向與此參考方向相反。所以凡提到電壓必須先指明它的參考方向。

3、電動(dòng)勢(shì)電路中

正電荷在電場(chǎng)力作用下，由高電位移動(dòng)到低電位，形成了電流。要維持電流，還必須要有非電場(chǎng)力（如化學(xué)力、電磁力等）把正電荷從低電位處經(jīng)電源內(nèi)部轉(zhuǎn)移到高電位，這就是電源的作用。在電源內(nèi)部，非電場(chǎng)力克服電場(chǎng)力做了功。電源的做功能力用電動(dòng)勢(shì)度量。

電源的電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值等于將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極電源所做的功。

電動(dòng)勢(shì)用E表示，它的單位與電壓相同，也是伏特（V）。電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向規(guī)定為由低電位端指向高電位端。

在電路中電壓源兩端A、B間的電動(dòng)勢(shì)與其電壓關(guān)系如下：EBA=UAB

即由B點(diǎn)至A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)等于由A至B的電壓降。

負(fù)載所消耗的電能，就是電流通過用電器所做的功WL為：

WL=Uq=UIt=pt

式中P——負(fù)載功率(W)；

t——持續(xù)時(shí)間(S)。

實(shí)際中常用（千瓦小時(shí)）作為衡量電能的單位。即：

1kW.h=3.6x10^6J

1.1.3 電路的工作狀態(tài)

根據(jù)電源與負(fù)載之間連接方式及工作要求的不同，電路有開路（斷路）、短路、通路等不同的狀態(tài)。

1、開路（斷路）

2、短路

3、通路

1、開路（斷路）

當(dāng)開關(guān)S打開，電源沒有與外電路接通，如圖2-5所示，此時(shí)，電源的輸出電流為零，這就稱為電路處于開路狀態(tài)。開路時(shí)，可能是電源開關(guān)未閉合，也可能是某地方接觸不良、導(dǎo)線斷開或熔斷器熔斷所造成。前者稱正常開路，后者屬于事故開路。

開路時(shí)相當(dāng)于電源接入一個(gè)無窮大的負(fù)載電阻，故輸出電流I=0，輸出功率P=0 ，此時(shí)，電源為空載狀態(tài)，其輸出電壓稱為開路電壓，它等于電源的電動(dòng)勢(shì)。

2、短路

當(dāng)電源兩端的兩根導(dǎo)線由于某種事故而直接相連，如圖2-6所示，這稱為短路。由于短路處電阻為零，且電源內(nèi)阻很小，故短路電流Is極大；電能全部消耗在內(nèi)阻上；對(duì)外端電壓為零。

式中Pe電源內(nèi)阻消耗的功率（W），P電源供給負(fù)載的功率（W）。

電源短路是危險(xiǎn)的，常見的保護(hù)措施是在電源后面安裝熔斷器，即圖2-6中FU。一旦發(fā)生短路，大電流立即將熔斷器燒斷，迅速切斷故障電路，電氣設(shè)備就得到保護(hù)。

3、通路

將圖2-7中的開關(guān)合上，使電源與負(fù)載接通，電路處于通路狀態(tài)，電路中有電流，有能量轉(zhuǎn)換。

電路通路時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)等于負(fù)載端電壓與電源內(nèi)阻壓降之和，由于內(nèi)阻有壓降，電流越大，負(fù)載端電壓下降得越多。同時(shí)，電源產(chǎn)生的功率等于負(fù)載消耗的功率與電源內(nèi)阻損耗的功率之和，符合能量守恒定律。

2.電路的基本定律

歐姆定律

歐姆定律是表示電路中電壓、電流和電阻這三個(gè)物理量之間關(guān)系的定律。它指出：導(dǎo)體中的電流I與加在導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，與導(dǎo)體兩端的電阻R成反比，它可以用下式表示：U=IR

式中R——該段電路的電阻（Ω）。

上式是通過實(shí)驗(yàn)得出的，遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻。國際單位制中，電阻的單位是歐姆（Ω），簡(jiǎn)稱歐。它表示：當(dāng)電路兩端的電壓為1伏特，通過電流為1安培時(shí)，該段電路的電阻為1歐姆。

基爾霍夫定律是電路的基本定律之一，它包括第一、第二兩個(gè)定律，分別稱為

基爾霍夫電流定律

該定律又叫節(jié)點(diǎn)電流定律。它指出：電路中任一節(jié)點(diǎn)處，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。

庫倫定律

真空中的兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與他們的電荷量的乘積呈正比，與他們的距離的二次方呈反比。這個(gè)定律與萬有引力定律很類似，一個(gè)是宏觀宇宙，一個(gè)是微觀粒子，所謂一花一世界就是這個(gè)道理吧。庫倫定律所闡述的這種作用力叫靜電力。這個(gè)定理是說明白如何產(chǎn)生電場(chǎng)的關(guān)鍵所在。

法拉第電磁感應(yīng)定律

電磁感應(yīng)定律也叫法拉第電磁感應(yīng)定律，電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。例如，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)（電壓）稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)定理是電路分析基礎(chǔ)的關(guān)鍵，也是今后學(xué)習(xí)電子技術(shù)的基本定律。

楞次定律

感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

變壓器原理

變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。

U1/U2=N1/N2

在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動(dòng)通過磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感效應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。

變壓器利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器輸送的電能的多少由用電器的功率決定。

安培定律

安培定則，也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流激發(fā)磁場(chǎng)的磁感線方向間關(guān)系的定則。

通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指指向就是磁感線的環(huán)繞方向。

通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，讓四指指向電流的方向，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

電功電功率

  1.導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)，電場(chǎng)力所做的功稱為電功.電功公式W=qU=IUt

  2.“度"是日常生活中使用的電功單位，1度=3.6×106J.電流通過用電器做功的過程，實(shí)際上是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程.

 3.電功率等于單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，計(jì)算公式P=W/t=UI也適用于一切電路.要注意與某部分電路中各量的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

  4.用電器的額定功率是指用電器在額定電壓下工作時(shí)消耗的功率；而用電器的實(shí)際功率是指用電器在實(shí)際電壓下工作時(shí)消耗的功率.

1KW電器工作一個(gè)小時(shí)就消耗1度電.

焦耳定律、電功和電熱的關(guān)系

  1.焦耳定律：電流流過導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt，此式也適用于任何電路，包括電動(dòng)機(jī)等非純電阻發(fā)熱的計(jì)算.產(chǎn)生電熱的過程，是電流做功，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程.

  2.在純電阻電路中，電流做功，電能轉(zhuǎn)化為電路的內(nèi)能.因而電功等于電熱，有： 

    W=UIt=I２Rt=(U2/R)t.

    P=UI=I2R=U２/R.