第一章　电路基础知识

§1-1电路和电路图§1-2电流和电压§1-3电阻1. 了解电路的基本组成和基本功能。2. 了解电路图的基本类型。3. 能说出电路图中常用符号的含义。学习目标§1-1电路和电路图一、电路的基本组成图a所示为手电筒内部结构示意图，用开关和金属片（导线）将干电池和小灯泡连接起来，只要打开开关，有电流流过，小灯泡就会亮起来；与此相似，将电风扇接上电源，只要打开开关，有电流流过，电风扇就会转起来（图b）。像这样电流流通的路径称为电路。对比两个电路的组成可归纳出，它们都由电源、负载、控制装置及导线组成。电源是把其他形式的能量转换为电能的装置。电路的组成a）手电筒b）电风扇小灯泡和电风扇是消耗电能的装置，称为负载，也称用电器。负载的作用是把电能转换为其他形式的能量。控制装置及导线用于连接电源和负载，使它们构成电流的通路，把电源的能量输送给负载，并根据需要控制电路的通、断。有些电路中还装有保护装置，如熔断器、热继电器等，以保证电路的安全运行。二、电路的基本功能电路的基本功能有两大类。一是进行能量的传输、分配和转换。电能传输示意图二是进行信息的传递和处理。扩音器电路示意图三、电路图为便于分析电路的工作原理和性能，便于电路的设计和安装，一般使用电路图来简洁、直观地表达电路中各组成部分的连接关系。广义上的电路图主要有电路原理图、框图、印制电路图等。狭义上，也常将最为常用的电路原理图简称为电路图。1. 电路原理图用电气符号描述电路连接情况的图称为电路原理图，简称电路图或原理图。电路原理图a）手电筒电路原理图b）电风扇电路原理图2. 框图框图是一种用矩形框、箭头和直线等来表示电路工作原理和构成概况的电路图。框图主要用来体现电路的大致组成情况和工作流程，更多应用于描述较为复杂的电气系统。框图3. 印制电路图由于电路板的制作一般先要用印刷油漆的方法将需要保留的铜箔处覆盖，所以这种电路元件的安装图称为印制电路图，如图所示。印制电路图四、电路原理图常用符号电路是由各种电气元件连接而成的，而实际电气元件的特性并不是单一的。在一定条件下对实际电气元件加以理想化，只考虑其中起主要作用的某些性能时，称其为理想元件。把实际元件用理想元件表示后，一个实际电路便由一些理想元件连接而成，称为实际电路的电路模型。电路图中的常用符号包括图形符号和文字符号。图形符号是用于表示电气元件或设备的简单图形，文字符号是用于描述电气元件或设备名称、特性的文字。常用图形符号和文字符号常用图形符号和文字符号1. 了解稳恒直流电流、脉动直流电流和交变电流的特点。2. 理解电压、电位和电动势的概念。3. 理解电流、电压的参考方向的概念及其与实际方向的关系。4. 能用万用表正确测量电流和电压。学习目标§1-2电流和电压一、电流1. 电流的方向电荷的定向移动形成电流，移动的电荷又称载流子。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，因此在金属导体中，电流的方向实际上与自由电子移动的方向相反。电流的形成a）金属导体中b）电解液中2. 电流的大小电流的大小称为电流强度，简称电流，指单位时间内通过导体横截面的电荷量，即：式中，I、Q、t的单位分别为安培（A）、库仑（C）、秒（s）。常用的电流单位还有毫安（mA）和微安（μA）等。3. 直流和交流若电流的方向不随时间变化，则称其为直流电流，简称直流，用符号DC表示。其中，电流大小和方向都不随时间变化的电流，称为稳恒直流电流（图a）；电流大小随时间变化，但方向不变的电流，称为脉动直流电流（图b）。本书中所说的直流电流，如无特殊说明，均指稳恒直流电流。若电流的大小和方向都随时间变化，则称其为交变电流（图c），简称交流，用符号AC表示。图所示电路中，小灯泡由直流电源（干电池）供电，是直流电路；电风扇由交流电源供电，是交流电路。直流和交流a）稳恒直流电流b）脉动直流电流c）交变电流遇到某一电流的实际方向难以确定的情况，这时可先任意假定一个电流的参考方向，然后根据电流的参考方向列方程求解。电流的参考方向和实际方向4. 电流的测量（1）对交、直流电流可分别使用交流电流表和直流电流表测量。（2）电流表必须串接到被测量的电路中，如图所示。直流电流表的接法a）电路图b）实物连接示意图（3）每个电流表都有一定的测量范围，称为电流表的量程。一般被测电流的数值在电流表量程的一半以上，读数较为准确。因此在测量之前应先估计被测电流大小，以便选择适当量程的电流表。若无法估计，可先用电流表的最大量程挡测量，当指针偏转不到1/3刻度时，再改用较小挡去测量，直到测得正确数值为止。二、电压、电位和电动势1. 电压在金属导体中虽然有许多自由电子，但只有在外加电场的作用下，这些自由电子才能做有规则的定向移动而形成电流。电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压单位的名称是伏特，简称伏，用V表示。电压的参考方向可任意选取，但如果已设电流参考方向，则电压参考方向最好选择与电流一致，称为关联参考方向。当电压的实际方向与参考方向一致时，电压为正值；反之，为负值。电压的参考方向有3种表示方法，如图所示。电压的参考方向a）箭头表示b）极性符号表示（参考方向由正指向负）c）双下标表示（参考方向由a指向b）2. 电位在电路中任意选定一点作为参考点（即零电位点），则电路中某一点与参考点之间的电压称为该点的电位。电位的单位也是伏特（V）。电位通常用V或

表示，为简便起见，本书仍用U表示电位，如a、b点的电位可分别记为Ua、Ub。电路中任意两点之间的电位之差就等于这两点之间的电压，即Uab=Ua-Ub，故电压又称电位差。3. 电动势非静电力克服电场力，将单位正电荷从电源负极经电源内部移到正极所做的功称为电源的电动势，用E表示，单位为伏特（V）。非静电力是指由其他形式能量所产生的一种对电荷的作用力。在不同的电源中，非静电力的来源有所不同。电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。非静电力克服电场力做功电动势的方向4. 电压的测量（1）对交、直流电压可分别采用交流电压表和直流电压表测量。（2）电压表必须并联在被测电路的两端，如图所示。（3）合理选择电压表的量程，其方法与电流表相似。直流电压表的接法a）电路图b）实物连接示意图1. 掌握电阻、电阻率的概念和电阻的计算式。2. 了解常用电阻器的主要参数及部分敏感电阻器的特点。3. 能用万用表正确测量电阻，并能用兆欧表正确测量绝缘电阻。学习目标§1-3电阻一、电阻和电阻率当电流通过导体时，由于做定向移动的电荷会和导体内的带电粒子发生碰撞，所以导体在使电流通过的同时也对电流起着阻碍作用，这种对电流的阻碍作用称为电阻。导体的电阻常用R表示。在各种电路中，经常要用到具有一定电阻值的元件——电阻器，电阻器也简称电阻。电阻单位的名称是欧姆，简称欧，用Ω表示。比较大的单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）等。它们之间的换算关系为电阻率的大小反映了物体的导电能力。电阻率很小、容易导电的物体称为导体；电阻率很大、几乎不能导电的物体称为绝缘体。导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，这类物体称为半导体。典型物质电阻率的对比导体、绝缘体、半导体的典型应用示例如图所示。导体、绝缘体、半导体的典型应用示例二、常用电阻器1. 常用电阻器的外形和符号常用电阻器的外形和符号常用电阻器的外形和符号2. 电阻器的主要参数（1）标称阻值（2）允许偏差（3）额定功率三、敏感电阻器敏感电阻器是指电阻值随温度、电压、湿度、光照程度、气体环境、磁场强度、压力等状态的变化而显著变化的电阻器，如热敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻、光敏电阻等。部分敏感电阻器的外形和符号见表。部分敏感电阻器的外形和符号1. 理解电功、电功率的概念。2. 掌握电功、电功率和焦耳热的计算方法。3. 能正确识读电气设备所标额定值的含义。学习目标§1-4电功和电功率一、电功电流做功的过程，实质上就是将电能转化为其他形式的能的过程。电流所做的功，称为电功，用字母W表示。研究表明，电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：W=UIt式中，W、U、I、t的单位分别为J、V、A、s。电功的另一个常用单位是千瓦时，用符号kW·h表示，即通常所说的1度电，它和焦耳的换算关系为：1kW·h=3.6×106J用来测量电流做功多少（也就是电路消耗电能多少）的仪表称为电能表，如图所示。电能表a）机械式电能表b）电子式电能表c）预付费IC卡式电能表d）智能电能表二、电功率在相同的时间内，电流通过不同的负载所做的功，一般并不相同。电流在单位时间内所做的功称为电功率，用字母P表示，单位是瓦特（W），其计算式为：对于纯电阻电路，根据初中时学过的欧姆定律，上式还可以写为：三、电流的热效应电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。也就是说，电流的热效应就是电能转换成热能的效应，电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示：Q的单位是焦耳（J），这种热也称焦耳热。电气设