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第四节 电路

一、电路的组成

火车行驶的路叫作铁路,轮船行驶的路称为水路。由此可以直观地联想到,电流通过的路径称为电路。具体地说,电路是由电气设备和电子元器件按照一定方式连接起来,为电流流通提供的路径。与铁路、水路不同,电路必须是一个闭合的回路,否则电流将无法流通。最简单的电路是由电源、负载、导线和开关组成的闭合回路。一个正确的电路,无论多么复杂,也无论多么简单,都是由这几部分组成的,缺少其中的任一部分,电路都不会处于正常的工作状态。按照连接电路的目的和功能,电路分为电力电路和信号电路两类,组成电路的电器设备或电子器件称为电路元件。电路的作用主要有两个方面:一是完成电能的传递、分配和转换,例如在电力系统中,发电厂发出的电能需要通过电路网络传输至用户端,而用户也要通过各种形式的电路将电能转换成日常生活所需的其他能量;二是完成信息的传递和处理等,例如录音机电路、计算机电路以及各种仪器仪表电路等。电路的大小可以相差很大。例如计算机中的集成电路,其尺寸可以小到毫米,甚至是微米;遍布全国乃至全世界的输电网络也是由电路构成的。由理想电路元件组成的电路称为电路模型,理想电路元件是对实际电路元件物理性质的科学抽象。在电路分析中所涉及的电路都是电路模型。

1.电源

把其他形式的能量转变成为电能的装置称为电源。电源是一种提供电能的二端元件,它的作用是维持电路中有持续电流,为电路提供电能,是电路中的供电装置,分为直流电源和交流电源两种。常见的直流电源包括蓄电池、干电池、直流电发电机等;交流电由交流发电机提供。干电池、蓄电池上有正极和负极,干电池的正极是碳棒,从外表看,即为带铜帽的一端;负极是锌筒。蓄电池的正、负极通常用“+”“-”号标在电池的上部。

2.负载

把电能转变成其他形式能量的装置称为负载,又叫作用电器。电灯、电炉、电热毯、电磁铁等均为用电器。如电灯是把电能转换为光能和热能的器件,电动机是把电能转换成机械能的设备,电磁炉是把电能转换为热能的设备等。在音频设备中,调音台、效果器、功率放大器、有源扬声器等均为用电器。

3.导线

连接电源与负载的金属线称为导线,它把电源产生的电能输送到负载,是连接各电路元件的导体,是电流的通道。常见的导线由铜、铝等金属材料制成。一般在长度和横截面积相等的条件下,铜丝电阻小、电阻率低、导电性能好,但价格较贵;铝线电阻大、导电性能差,价格便宜。

4.开关

开关是一种辅助装置,把负载与电源连通或断开,保证电路安全、可靠的工作,而且使得电路自动完成某些特定工作成为可能。例如开关可以把负载与电源接通或者断开,熔断器可以保证电路的安全运行等。常见的开关分为单刀单掷开关、单刀双掷开关、双刀双掷开关等。

二、电路的三种工作状态

电路可分为如下三种工作状态。

1.通路(闭路)状态

此时开关闭合,电路各个部分连接成为闭合回路,电源和负载接通,电路中有电流通过,有能量的转换。这是最常用的一种状态。

2.开路(断路)状态

又称为空载状态、断开状态。电源没有和外电路接通,电源的输出电流等于零,没有能量输出。有时电路出现故障,有可能就是由开路造成的。

3.短路(捷路)状态

电源两端直接连通,此时电源输出的电流不经过负载,完全通过连接的导线直接流出电源,电能全部被电源内阻消耗。这种状态称为短路状态,简称短路。一般情况下,由于电源内阻很小,短路时的电流将会非常大,会损坏电源和导线,应该尽量避免短路状态。有时,在电子设备的调试过程中,将某一部分电路短路,是为了使与调试过程无关的电流通过而采取的一种特殊方法,又称为短路法,在家用电器维修中,也偶尔使用此法,但应谨慎使用。

三、电路模型、电路图与电路元件的基本符号

组成实际电路的器件和设备是多种多样的,当电流流过这些仪器设备时将会发生复杂的物理过程。例如,电流流过白炽灯时,白炽灯不仅会发光还会发热,同时还会对其他正在使用的用电器造成轻微的电磁干扰。在录制电视节目时,演播室里灯光系统中的可调硅光灯也会对无线话筒拾取的音频信号造成干扰。为了研究电路的特性和功能,在设计、安装、检测各种实际电路的时候,常常需要画出表示电路连接情况的图。此时,我们必须对实际的用电设备进行科学的抽象,用一些近似化、理想化的模型来代替它们的功能,这种模型称为理想电路元件。理想电路元件体现了实际电器的主要电磁特性,忽略了其他次要性质。例如白炽灯,由于在大部分情况下它的功能是将电能转化为光能和热能,因此可以利用理想电阻元件来代替它。理想电路元件分为两类:一类是有实际的电器元件与之相对应的,如电阻器、电感器、电容器、电压源和电流源等;另外一类是没有与它直接相对应的实际电器元件,如受控源,此时为了反映实际电器元件的主要特性,需要将电阻器、电感器、电容器等元件组合起来进行表示才行。

分析电路时为了简便,在画电路图时通常不画实物图,而用国家统一规定的图形符号和文字符号来简单直观地代表电路中的各种元件,如图1-13所示,在本章第三节中已有相关介绍。这种用规定的图形符号表示电路连接情况的图,称为电路图。电路图只反映各个理想电路元件在电路中的作用以及相互连接方式,并不反映实际设备的内部结构、几何形状及相互位置。电路图中的图形符号要遵守国家标准。画电路图应注意的问题是:元件位置安排要适当,分布要均匀,元件不要画在拐角处。

图1-13 电路中的部分元件图形符号

思考题

1.电路分为电力电路(强电)和信号电路(弱电)两类,那么音频系统中的调音台中的电路属于哪种电路?

2.简述电路的组成与三种工作状态。其中最常用的是哪种工作状态?

3.电路图与实物图是一回事吗?试比较二者的异同。

4.熟悉电路元件的基本符号并注意区别。 wlLNr1llmhUFSS39MqqLUT1+dBujC6h0ORXNFPEBytF/9ISuMLDiYsW/cN0F7Q0W

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