【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其它元件之間的連接 1．1．1 電路電路是由若干電氣設(shè)備或元器件按一定方式用導(dǎo)線聯(lián)接而成的電流通路。通常由電源、負(fù)載及中間環(huán)節(jié)等三部分組成。電源是將其它形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝臵，如發(fā)電機(jī)、干電池、蓄電池等。負(fù)載是取用電能的裝臵，通常也稱為用電器，如白熾燈、電爐、電視機(jī)、電動(dòng)機(jī)等。中間環(huán)節(jié)是傳輸、控制電能的裝臵，如連接導(dǎo)線、變壓器、開關(guān)、保護(hù)電器等。實(shí)際電路的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但就其功能而言，可以劃分為電力電路（強(qiáng)電電路）、電子電路（弱電電路）兩大類。電力電路主要是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。電子電路主要是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理。1．1．2電路模型 1．電路模型由電路元件構(gòu)成的電路，稱為電路模型。電路元件一般用理想電路元件代替，并用國(guó)標(biāo)規(guī)定的圖形符號(hào)及文字符號(hào)表示。2．電路元件為了便于對(duì)電路進(jìn)行分析和計(jì)算，將實(shí)際元器件近似化、理想化，使每一種元器件只集中表現(xiàn)一種主要的電或磁的性能，這種理想化元器件就是實(shí)際元器件的模型。理想化元器件簡(jiǎn)稱電路元件。實(shí)際元器件可用一種或幾種電路元件的組合來近似地表示。 電路的基本物理量及相互關(guān)系 1． 電流（1）電流的大小 電荷的有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)就形成了電流。長(zhǎng)期以來，人們習(xí)慣規(guī)定以正電荷運(yùn)動(dòng)的方向作為電流的實(shí)際方向。電流的大小用電流強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱電流）來表示。電流強(qiáng)度i=dqdt在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量，用符號(hào)i表示。則：式中dq為時(shí)間dt內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電荷量。大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流，簡(jiǎn)稱直流電流，采用大寫字母i表示，則i=qt電流的單位是安培（簡(jiǎn)稱安），用符號(hào)a表示。（2）電流的實(shí)際方向與參考方向電流不但有大小，而且還有方向。在簡(jiǎn)單電路中，如圖1．3所示，可以直接判斷電流的方向。即在電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極，而在電源外部電流則由正極流向負(fù)極，以形成一閉合回路。為了分析、計(jì)算的需要，引入了電流的參考方向。在電路分析中，任意選定一個(gè)方向作為電流的方向，這個(gè)方向就稱為電流的參考方向，有時(shí)又稱為電流的正方向。當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，電流為正值。反之，若電流的參考方向與實(shí)際方向相反，則電流為負(fù)值。這樣，電流的值就有正有負(fù)，它是一個(gè)代數(shù)量，其正負(fù)可以反映電流的實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系。電流的參考方向一般用實(shí)線箭頭表示，如圖1．5（a）表示；也可以用雙下標(biāo)表示，如圖1．5（b），其中，iab表示電流的參考方向是由a點(diǎn)指向b點(diǎn)。電壓（1）電壓的大小電路中a、b兩點(diǎn)間電壓，在數(shù)值上等于將單位正電荷從電路中a點(diǎn)移到電路中b點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所作的功，用uab表示，則：uab=dwabdq并規(guī)定：電壓的方向?yàn)殡妶?chǎng)力作功使正電荷移動(dòng)的方向。大小和方向都不隨時(shí)間變化的電壓稱為恒定電壓，簡(jiǎn)稱直流電壓，采用大寫字母u表示，如a、b兩點(diǎn)間的直流電壓為：uab=wabq電壓的單位為伏特（v），常用的單位為千伏（kv）、毫伏（mv）、微伏（μv）。（2）電壓的實(shí)際方向與參考方向分析、計(jì)算電路時(shí)，也要預(yù)先設(shè)定電壓的參考方向。當(dāng)電壓的參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，電壓為正值，當(dāng)電壓的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)，電壓為負(fù)值。電壓的參考方向既可以用正（+）、負(fù)（）極性表示，如圖1．6（a），正極性指向負(fù)極性的方向就是電壓的參考方向；也可以用雙下標(biāo)表示，如圖1．6（b），其中，uab表示a、b兩點(diǎn)間的電壓參考方向由a指向b。（3）關(guān)聯(lián)參考方向與非關(guān)聯(lián)參考方向 如果電流的參考方向與電壓的參考方向一致，則稱之為關(guān)聯(lián)參考方向；如果電流的參考方向與電壓的參考方向不一致，則稱之為非關(guān)聯(lián)參考方向。3．電功率與電能單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所作的功稱為電功率，簡(jiǎn)稱為功率。p=177。qu=177。uit用上式計(jì)算電路吸收的功率時(shí)，若電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，則等式的右邊取正號(hào)；否則取負(fù)號(hào)。當(dāng)p0，表明元件吸收功率；當(dāng)p0，表明該元件釋放功率。電能就等于電場(chǎng)力所作的功，單位是焦耳（j）。ｗ＝pt例1．1圖1．9中，用方框代表某一電路元件，其電壓、電流如圖中所示，求圖中各元件吸收的功率，并說明該元件實(shí)際上是吸收還是發(fā)出率？解：（1）電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率p= ui= 53 = 15w＞0 元件實(shí)際上是吸收功率。（2）電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率p=ui=53 =15w＜0 元件實(shí)際上是發(fā)出功率。（3）電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率p= ui=（5）3 =15w＜0 元件實(shí)際上是發(fā)出功率。（4）電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率p=ui=（5）3 = 15w＞0 元件實(shí)際上是吸收功率。1．3 電阻、電容、電感元件及其特性案例1．２單相異步電動(dòng)機(jī)屬于感性負(fù)載，它常用于功率不大的電動(dòng)工具（如電鉆、攪拌器等）和眾多的家用電器（如洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、抽油煙機(jī)等）。其中，la、lb分別是單相異步電動(dòng)機(jī)（m）的工作繞組、起動(dòng)繞組；電容c是起動(dòng)電容，它與起動(dòng)繞組lb串聯(lián)；s是開關(guān)；電感l(wèi)是調(diào)速電抗器。二端元件：分為無源元件和有源元件。1．3．1 電阻元件及歐姆定律 1．電阻元件的圖形、文字符號(hào)電阻器通常就叫電阻，在電路圖中用字母“r”或“r”表示。電阻器的si（國(guó)際單位制）單位是歐姆，簡(jiǎn)稱歐，通常用符號(hào)“ω”表示。電阻元件是從實(shí)際電阻器抽象出來的理想化模型，是代表電路中消耗電能這一物理現(xiàn)象的理想二端元件。電阻元件的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用字母g表示，即g=1r電導(dǎo)的si單位為西門子，簡(jiǎn)稱西，通常用符號(hào)“s”表示。2．電阻元件的特性電阻元件的伏安特性，可以用電流為橫坐標(biāo)，電壓為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)平面上的曲線來表示，稱為電阻元件的伏安特性曲線。在工程上，還有許多電阻元件，其伏安特曲線是一條過原點(diǎn)的曲線，這樣的電阻元件稱為非線性電阻元件。如圖1．1４所示曲線是二極管的伏安特性，所以二極管是一個(gè)非線性電阻元件。無論電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向還是非關(guān)聯(lián)參考方向，電阻元件功率為：在電阻電路中，當(dāng)電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，歐姆定律可用下式表示：i=ur當(dāng)選定電壓與電流為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，則歐姆定律可用下式表示：i=ur無論電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向還是非關(guān)聯(lián)參考方向，電阻元件功率為：2urp=ir=r2r上式表明，電阻元件吸收的功率恒為正值，而與電壓、電流的參考方向無關(guān)。因此，電阻元件又稱為耗能元件。1．3．2 電容元件、文字符號(hào)電容器又名儲(chǔ)電器，在電路圖中用字母“c”表示，電路圖中常用電容器的符號(hào)如圖1．16所示。電容器的si單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，通常用符號(hào)“f”表示。2．電容元件的特性 當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，線性電容元件的特性方程為：i=cdudtdudt若電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，則電容元件的特性方程為：i=cc的單位為法拉，簡(jiǎn)稱法(f)。電容元件有隔直通交的作用。在u、i關(guān)聯(lián)參考方向下，線性電容元件吸收的功率為：p=ui=cududt在t時(shí)刻，電容元件儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為：w（=ct）12cu（t）2電容元件是一種儲(chǔ)能元件。在選用電容器時(shí)，除了選擇合適的電容量外，還需注意實(shí)際工作電壓與電容器的額定電壓是否相等。如果實(shí)際工作電壓過高，介質(zhì)就會(huì)被擊穿，電容器就會(huì)損壞。1．3．3 電感元件、文字符號(hào)電感線圈簡(jiǎn)稱線圈，在電路圖中用字母“l(fā)”表示，電路圖中常用線圈的符號(hào)如圖1．18所示。在一個(gè)線圈中，通過一定數(shù)量的變化電流，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的能力就稱為線圈的電感量，簡(jiǎn)稱電感。電感常用字母“l(fā)”表示。電感的si單位是亨利，簡(jiǎn)稱亨，通常用符號(hào)“h”表示。2．電感元件的特性當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，線性電感元件的特性方程為：u=ldidtdidt若電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，則電感元件的特性方程為：u=ll的單位為亨利，簡(jiǎn)稱亨(h)。在u、i關(guān)聯(lián)參考方向下，線性電感元件吸收的功率為：p=ui=lididt在t時(shí)刻，電感元件儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量為：w（=lt）12li（t） 電路中的獨(dú)立電源，它多用于汽車、電力機(jī)車、應(yīng)急燈等。其中，ra、rb是一對(duì)汽車照明燈；s是開關(guān)；us是12v的蓄電池。凡是向電路提供能量或信號(hào)的設(shè)備稱為電源。電源有兩種類型，其一為電壓源，其二為電流源。電壓源的電壓不隨其外電路而變化，電流源的電流不隨其外電路而變化，因此，電壓源和電流源總稱為獨(dú)立電源，簡(jiǎn)稱獨(dú)立源。 電壓源 1．理想電壓源理想電壓源簡(jiǎn)稱為電壓源，是一個(gè)二端元件，它有兩個(gè)基本特點(diǎn)：（1）無論它的外電路如何變化，它兩