1、电路的组成
电路是由钳工设备和元元件按一定形式连接上去的总体,为电压流通提供了路径。图2-1所示电路是一个手探照灯电路,它由电源、负载和中间环节(包括连接导线和开关)三部份组成。其中,干电瓶为电源,灯泡为负载,联接导线和开关为中间环节。在电路中随着电压的流动,进行着不同方式能量之间的转换。
电源:电路中供给电能的设备和元件称为电源,它是将非电能转换为电能的装置。如发电机、干电板等。
负载:电路中使用电能的设备和器件称为负载,它是将电能转换成非电能的装置。
中间的环节:是把电源与负载联接上去的部份,起传递和控制电能的作用。
对于一个完整的电路来说,电源(或讯号源)、负载和中间环节是三个基本组成部份,它们缺一不可。
电路模型
在实际应用中,一般用电路图来表示电路。在电路图中,各类家电器件都不须要画出原有的形状,而是采用国家统一规定的图形符号来表示。图2-2为图2-1所示的手探照灯的电路图。这些用理想器件构成的电路亦称为实际电路的“电路模型”,我们在进行理论剖析时所指的电路,就是这些电路模型。
2、电路的作用
电路按其功能可分为两类:一类是电力电路,它主要起实现电能的传输和转换作用,因而,在传输和转换过程中,要求尽量降低能量耗损以提升效率。另一类是讯号电路,其主要作用是传输和处理讯号等(比如语言、音乐、图像、温度等)。在这些电路中,通常所关心的是讯号传递的质量,如要求不失真、准确、灵敏、快速等。
1.1.2电路的基本化学量
1、电流
电压是一种化学现象,是带电粒子(电荷)的定向运动产生的。电压的大小用电压硬度来评判。电压硬度是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。电压硬度习惯上又常被称为电压。
大小和方向均不随时间改变的电压称作恒定电压,简称直流,其硬度用符号I表示。假如电压的大小和方向都随时间变化,则称为变动电压。其中一个周期内电压的平均值为零的变动电压则称为交变电压,如正弦波电压等,其硬度用符号i来表示。
对于直流电压,单位时间内通过导体横截面的电荷量是恒定不变的,其电压硬度
I=Q/T(1-1)
对于变动电压,在很小的时间间隔内,通过导体横截面的电荷量为,则该顿时电压硬度为:i=dq/dt
电压的单位是安培,国际符号为A。它相当于一秒内通过横截面的电荷为1库仑(C)。有时也会用到千安(KA),毫安(mA)或微安(µA)。.
习惯上,我们规定正电荷联通的方向为电压的方向。
电压的方向是客观存在的,但在电路剖析中,有时某段电压的实际方向无法判定,甚至实际方向在不断改变,为了解决这一问题,需引入电压的参考方向概念。
一段电路中任意选取一个方向就叫电压的参考方向,在电路图中用虚线箭头表示,有时也用双下标表示,如iAB,其参考方向是由A指向B。
选取的参考方向不一定就是电压的实际方向。当电压的参考方向与实际方向一致时,电压为正值(I>0);当电压的参考方向与实际方向相反时,电压为负值(I<0)。这样,在选取的电压参考方向下,依照电压的正负,就可以确定电压的实际方向,如图2-3所示。
电压的参考方向是电路剖析估算的一个重要概念。不规定参考方向而谈电压乃是讨论一个不确定的事物。今后在剖析电路时,首先要假设电压的参考方向,并借此为准去剖析估算,最后从答案的正负来确定电压的实际方向。本书前面电路图上所标出的电压方向都是参考方向。
2、电压与电位
在数学学的电磁学中早已晓得:电荷在电场中遭到电场力的作用,当将电荷由电场中的一点移至另一点时,电场对电荷作功。处在电场中的电荷具有电位(势)能。恒定电场中的每一点有一定的电位,由此引入重要的数学量电流与电位。
电场中某两点A、B间的电流(或称电压降)UAB等于将单位正电荷由A点移至B点所做的功。它的定义式为:UAB=dW/dq
在国际单位制中能量的单位名称是焦(耳),符号是J,电荷的单位名称是库(仑)电功率的计算公式纯电阻,符号是C,电流的单位名称是伏(特),符号是V。将1库(C)的电荷由一点移至另一点,电场力所做的功等于1焦(J),此两点间的电流便等于1伏(V)。测度大电流有时用千伏(KV,103V),测度小电流有时用毫伏(mV,10-3)、微伏(µV,10-6V)等单位。
在电场中可取一点,称为参考点,记为P,设此点的电位为零。电场中的一点A至参考点P的电流规定为A点的电位,记为φA,即
φA=UAP
在电路中可以任选一点作为参考点,比如取“地”作为参考点。两点间的电流不随参考点的不同而改变。用电位表示A,B两点间的电流,就有
UBA=φB—φA(1-4)
又似乎有
UBA=φB—φA=—UAB(1-5)
即两点间沿两个相反方向(从A至B与从B至A)所得的电流符号相反。
两点之间电流的实际方向是由高电位点指向低电位点,描述这一电流必须先取定一参考方向。其选定常用三种表示法,如图2-4所示。
(1)在A点标以“+”号,在B点标以“—”号,或B点标以“+”号,在A点标以“—”号;
(2)用从A指向B的箭头表示,或B指向A的箭头表示;
(3)用双下标表示,如UAB表示电流从A指向B。
电流参考方向的选定是任意的。在图2-4中,若A点的电位低于B点的电位,即φA>φB电功率的计算公式纯电阻,则沿此参考方向的电流为正值,U>0,即电流的实际方向与此参考方向相同;反之,若A点的电位高于B点的电位,即φΑ