电子培训教材

1.1 电路电路是电流流通的途径。

1.1.1 电路的作用电路的作用是进行电能的传输和转换,或者实现信号的传递和处理。

如照明电路是将电能转换成光能，电饭锅电路是将电能转换成热能，电风扇﹑洗衣机电路是将电能转换成动能，电视机电路是将电能及电信号转换﹑处理为图像各声音等等。

1.1.2 电路的组成电路是指由些电气设备和元件按一定方式连接组成的。

无论怎样简单或复杂的电路，都可以分成电源﹑负载和中间环节三部分，如图1.1所示。

电源是提供电能的设备，是电路工作的能源。

电源的作用是将非电能转换成电能，如各种发电机和电池等。

负载是用电设备，是电路中和主要耗电器件。

负载的作用是将电能转换成非电能，如民用供电电路中的照明灯﹑电饭锅﹑空调﹑电视机等。

中间环节是指电源与负载之间的部分。

简单照明电路的中间环节只有连线和开关；而较复杂的电视机电路，其中间环节有信号的接收﹑传递和处理电路等。

1.1.3 电路模型为了便于对实际电路进行分析计算,忽略电路元件的次要因素,将其理想化,并用规定的电气图形符号表示所组成的电路,称为电路模型。

图1.2是手电筒的电路模型。

在图中，手电筒的电源是电池，用电动势E和内阻Ro表示；负载是小灯珠，用R表示；中间环节是筒体和开关，用连线和S表示。

后续课中所介绍的都是指电路模型，简称电路。

1.2 电流﹑电压﹑功率1.2.1电流电荷的定向运动形成电流。

如果电流方向不随时间变化，称为直流；如果电流方向和大小不随时间变化，称为恒定的直流。

直流电流用大写字母I表示。

如果电流的方向和大小都随时间变化，称为交流，用小写字母ｉ表示。

电流的单位为安培，简称安，用字母A表示，常用的单位还有毫安（mA），微安(uA)及千安(KA)。

第1章 电路的基本概念和基本定律1A=103mA=106uA，1KA=103A图1.1电路组成框图R 图1.2 手电筒的电路模型习惯上规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。

1.2.2电压电场力将单位正电荷从电场中的ａ点移动到ｂ点所做的功,称其为ａ﹑ｂ两点间的电压。

直流用Uab表示，交流用ｕab表示。

电压的单位为伏特，简称伏，用字母V表示。

习惯上把电压降低的方向作为电压的实际方向，可用字母的的双下标表示，也可用+﹑-号或箭头表示，如图1.4所示。

1.2.3 功率电场力在单位时间内所做的功,称为电功率,简称功率。

功率的单位是瓦特，简称瓦，用字母W表示，也常用千瓦（KW）和毫瓦（ｍW）表示。

功率的计算公式为：在工厂或家庭用电计量时,通常我们说电表用了多少度电。

规定：1千瓦的用电设备使用1小时所消耗的电量为1度电。

1.3欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻成反比，这就是欧姆定律。

欧姆定律是电路分中最基本的定律，可用数学公式表示为式中R为电阻，单位为欧姆，简称欧，用字母Ω表示，常用单位还有K Ω和M Ω。

由式中可见，如果电阻一定时，加在电阻两端的电压越高，流过电阻的电流越大，电流与电压成正比；如果电压一定，电阻越大，流过的电流就越小，电流与电阻成反比。

根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为1V=103mV=106uV，1KV=103V1KW=1000W 1W=103ｍWP=UII=U/RP=UI=I 2R=U 2/RI图1.3 电流的实际方向图1.4 电压的实际方向及三种表达方式I a+-Uab1.4 电路的三种状态电路有开路﹑有载和短路三种状态。

1.4.1 开路状态电源与负载断开,称为开路状态。

如图1.5中断开时，为开路状态，又称空载状态。

开路状态，电路不能构成回路，电流为0，负载不工作，负载两端电压等于0，即U=IR=0，而开路处的端电压Uo等于电源电动势E，即Uo=E。

所以当民用供电电路，在开关断开时，用试电笔试开关前的火线各点仍然带电。

因此，电路开关一定要安装在火线上或电源的正端，否则，开关断开时，负载仍然带电。

1.4.2有载状态电源与负载接通,构成回路,称为有载状态,如图1.6所示。

有载状态，负载有电流流过，负载流过的电流和两端的电压运用欧姆定律可得由电压表达式可知,电源的内阻越小,输出的电压就越高。

如果Ro＜＜R时，U≈E。

1.4.3 短路状态电源两端没有经过负载而直接连在一起称为短路状态，如图1.7所示。

短路是电路最严重﹑最危险的事故，是禁止的状态。

短路时电流流经短路线与电源构成回路，导线的电阻很小；如果忽略不计，电源两端电压U=0，短路电流Is=E/Ro很大；如果没有短路保护，会使电源或导线严重过热而烧毁,甚至发生火灾。

产生短路的主要原因是接线不当，线路绝缘老化损坏等。

为了防止短路事故发生，应正确连线，不要过载工作，避免损坏绝缘层。

更重要的是应在电路中接入过载和短路保护的熔断器械或和自动断路器，在严重过载或短路时，保护装置能迅速自动切断故障电路。

1.5 直流电路计算1.5.1 电阻串联电路1.5.1.1 电阻串联电路的特点两个或多个电阻串接在一起，且中间没有分支,称为电阻的串联。

串联电阻通过的是同一个电流。

现以两个电阻为例，如图1.8(a)所示。

串联电路有如下几个特点：I=E/(Ro+R)U=IR=E-IRoS R E 图1.5 开路状态R 图1.6 有载状态E图1.7 短路状态ER(1)电路中电流处处相等：(2)电路上的总电压U等于各电阻上电压之和：根据基尔霍夫电流定律（本节后面将讲到）可得：(3)电路的等效电阻R等于各串联电阻之和: 所以(4)电路总功率P等于各串联电阻功率之和:所以 1.5.1.2 分压公式当电阻串联电路有两个或两个以上电阻时,即可构成一个分压电路,如图1.9所示。

根据欧姆定律可得分压公式：由此可见，串联电阻具有分压作用。

串联的阻值大，分压值就大，分压值与分压电阻成正比。

电阻串联电路的应用很多。

例如，有一个固定的12V电源，需要获得固定6V或（0～12）V可调的电压源，则可利用电阻串联分压的方式获得，如图1.10。

R2 R1R1+R2 R1+R2 R=U/I=(U 1+U 2)/I=I(R 1+R 2)/IR=R 1+R 2P=I 2R=I 2(R 1+R 2)=I 12R 1+I 22R 2P=P 1+P 2I=I 1=I 2U=U 1+U 2I。

+-I图1.8 电阻串联的等效变换（b ）等效电路+-U R 1R 2（a ）电阻的串联U 2=U 1=U U 。

+-U I 图1.9 电阻串联电路图1.10 电阻串联电路的应用。

+-I-+12)V1.5.2 电阻并联电路1.5.2.1 电阻并联电路的特点将两或多个电阻的两端分别连在一起称为电阻并联。

并联电阻两端是同一个电压。

现以两个电阻并联为例，如图1.11。

这种电路有如下特点：(1)各并联电阻两端的电压相等:(2)电路总电流I等于各并联电阻电流之和:根据基尔霍夫电流定律(本节后面将讲到)可得:(3)并联等效电阻R的倒数等于各并联电阻的倒数和:因为I 1=U/R 1,I 2=U/R 2,所以有 U/R=U/R 1+U/R 2,则:(4)电路消耗的总功率P等于各电阻消耗功率之和:因为I=I 1+I 2,所以有UI=UI 1+UI 2,即:1.5.2.2 分流公式如图1.11（a）电路中: I=I 1+I 2所以可得各支路电流与总电流的关系式,即分流公式:由此可见,并联电阻具有分流作用。

并联的阻值大，分得的电流小，分流值与分流电阻成反比。

1.5.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律。

首先介绍在基尔霍夫定律中用到的三个术语。

支路：电路中流过同一电流的分支，称为支路。

图1.12中E 1﹑R 1上流过I 1，E 2﹑R 2上流过I 2，R 3上流过I 3，共有三条支路。

U=U 1=U 2I=I 1+I 21/R=1/R 1+1/R 2P=P 1+P 2R 1R 2R 1+R 2 R 2R1 R1+R2 R 1R2 R1+R2R 2+-（a ）电阻的并联+-R（b ）等效电路图1.11 电阻并联的等效变换U=RI=II 1 =U =II 2 =U =I等效结点：三条或三条以上支路的连接点，称为结点。

图1.12中共有a和b两个结点。

回路：电路中任一闭合的路径，称为回路。

图1.12中由E 1﹑R 1﹑R 3闭合组成一个回路，E 2﹑R 2﹑R 3闭合组成一个回路，E 1﹑R 1﹑R 2﹑E 2闭合组成一个回路，图1.12中共有三个回路。

1.5.3.1基尔霍夫电流定律(KCL) 电流定律的内容是:在任一瞬间流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。

如图1.12电路中,对于a结点可以写为对于I1+I2=I3这个定律可以这样解释:在节点上不可能堆积或漏掉电荷,因此任何时刻流入与流出的电荷量相等。

这如同在几条水管交接处，任何时刻流入与流出的水量相等。

1.5.3.2基尔霍夫电压定律(KVL)电压定律的内容是：沿一回路所升高的电位等于它所降低的电位。

这也可以用水流回路来解释:在一水流回路中,各段水位下降量的和等于水泵水位提高的和。

在利用此定律解题时,可按以下步骤进行:(1)确定各支路电流的方向,再确定回路绕行方向(顺时针或逆时针方向均可)。

(2)确定电源的电位的升方向（从负极到正极）和确定电阻电位降方向（同电流方向）。

(3)凡与绕行方向相一致的各电压取正号,反之取负号。

(4)根据回路电压定律(ΣU=ΣIR 或 ΣU=0)列出计算式。

例如，图1.13（a）电路的回路,是:例如，图1.13（b）电路的回路Ⅰ与Ⅱ有下面两式成立：1.6 单相正弦交流电路与三相交流电路1.6.1 交流电的三要素I 1+I 2=I 3E 1=I 1R 1+I 3R 3 E 2=I 2R 2+I 3R 3ΣU=ΣIR-E1+E2=I1R1+I2R2-I3R3-I4R4图1.12 基尔霍夫电流定律举例E E 2图1.13 基尔霍夫电压定律举例(a)(b)2R 2E 2E在日常生活所用的就是单相正弦交流电,简称交流电。

大小和方向随时间按正弦规律变化电流﹑电压和电动势统称为交流电，交流电的瞬时值用小写字母ｉ,u和e表示。

交流电的三要素为幅值﹑频率和初相。

如果知道了这三个量，交流电就可以确定了。

1.6.1.1 幅值现以电压为例,交流电的瞬时值表达式为式中的Um称为交流电的幅值,又称最大值.式中对应的几何图形称为交流电的波形图,如图所示。

幅值是一瞬间量大值，而分析和计算常用的是有效值。

交流电在电阻上产生的热效应与某一直流电在这个电阻上产生的热效应相同时，则称此直流电为这个交流电的有效值。

有效值用大写字母I，U，E表示。

有效值与幅值的关系为：例如：常说的民用电220V ，即为有效值，而其幅值是Um= 2U=311V。

用万用表测得的交流电数值均为有效值.1.6.1.2 频率每秒钟内交流电变化的次数,称为频率f,单位是赫兹(Hz)。