下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
图1-1（a）是一个比较简单的电路实物图。
图1-1 一个简单的电路
从图1-1（a）可以看出，该电路由电源、开关、导线（图中的电夹起导线作用）和灯泡组成：电源的作用是提供电能；开关、导线的作用是控制和传递电能，称为中间环节；灯泡是消耗电能的用电器，能将电能转变为光能，称为负载。因此， 电路是由电源、中间环节和负载组成的 。
图1-1（a）为电路实物图，在分析电路时不方便，为此人们就 用一些简单的图形符号表示实物的方法来画电路，这样画出的图形就称为电路图。 图1-1（b）所示的图形就是图1-1（a）电路实物图的电路图，可以看出，用电路图来表示实际电路非常方便。
在图1-2电路中，将开关闭合，灯泡会发光。为什么会这样呢？下面就来解释其中的原因。当闭合开关时，电源正极会流出大量的电荷，它们经过导线、开关流进灯泡，再从灯泡流出，回到电源的负极。这些电荷在流经灯泡内的钨丝时，钨丝会发热，因温度急剧上升而发光。
大量的电荷朝一个方向移动（也称定向移动）时就形成了电流，就像公路上有大量的汽车朝一个方向移动就形成“车流”一样。一般把 正电荷在电路中的移动方向规定为电流的方向。 图1-2中的电流方向是：电源正极→开关→灯泡→电源负极。
图1-2 电流说明图
电流通常用 I 表示，单位为安培（简称安），用A表示， 比安培小的单位有毫安（mA）、微安（μA），它们之间的关系是：1A=10 3 mA=10 6 μA。
在图1-3（a）电路中，给电路增加一个元器件——电阻器R，发现灯泡会变暗，电路图如图1-3（b）所示。为什么在电路中增加了电阻器后灯泡会变暗呢？原来电阻器对电流有一定的阻碍作用，使流过灯泡的电流减小，灯泡就会变暗。
电阻器对电流的阻碍称为电阻，电阻器通常用R表示，电阻单位为欧姆（简称欧），用Ω表示， 比欧姆大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们之间关系是：1MΩ=10 3 kΩ=10 6 Ω。
图1-3 电阻说明图
电位、电压和电动势对初学者来说较难理解，下面通过如图1-4所示的水流示意图来说明这些术语。首先来分析图1-4中的水流过程。
水泵将河里的水抽到山顶的A处，水到达A处后，流到B处，流到B处后，流往C处（河中），水泵又将河里的水抽到A处，水不断循环流动。水为什么能从A处流到B处，又从B处流到C处呢？这是因为A处水位较B处水位高，B处水位较C处水位高。
要测量A处和B处水位的高度，必须先要找一个基准点（零点），就像测量人身高要选择脚底为基准点一样，在这里以河的水面为基准点（C处）。AC之间的垂直高度 H A 为A处水位的高度，BC之间的垂直高度 H B 为B处水位的高度，由于A处和B处水位高度不一样，它们存在着水位差，该水位差用 H AB 表示，等于A处水位高度 H A 与B处水位高度 H B 之差，即 H AB = H A -H B 。为了让A处的水源源不断往B、C处流，需要水泵将河里低水位的水抽到高处的A点，为了完成这项工作，水泵是需要消耗能量的（如耗油）。
电路中的电位、电压和电动势与上述水流情况很相似。如图1-5所示，电源的正极输出电流，流到A点，经R 1 流到B点，通过R 2 流到C点，回到电源的负极。
图1-4 水流示意图
图1-5 电位、电压和电动势说明图
与图1-4水流示意图相似，图1-5中，A、B点也有高低之分，只不过不是水位，称作电位，A点电位较B点电位高。为了计算电位的高低，也需要找一个基准点作为零点，为了表明某点为零基准点，通常在该点画一个“⊥”符号。该符号称为接地符号。接地符号处的电位规定为0V，电位单位不是米，是伏特（简称伏），用V表示。在图1-5所示电路中，C点的电位为0V（该点标有接地符号），A点的电位为3V，表示为 U A =3V，B点的电位为1V，表示为 U B =1V。
图1-5中，A点和B点的电位是不同的，有一定的差距，这种 电位之间的差距称为电位差，又称电压。 A点和B点之间的电位差用 U AB 表示，等于A点电位 U A 与B点电位 U B 的差，即 U AB = U A -U B =3V-1V=2V。因为A点和B点的电位差实际上就是电阻器R 1 两端的电位差（电压），R 1 两端的电位差用 U R1 表示，所以 U AB = U R1 。
为了让电路中始终有电流流过，电源需要在内部将流到负极的电流源源不断地“抽”到正极，使电源正极具有较高的电位，这样正极才会输出电流。当然，电源内部将负极的电流“抽”到正极需要消耗能量（如干电池会消耗掉化学能）。 电源消耗能量在两端建立的电位差称为电动势 ，电动势的单位也为伏特。图1-5所示电路中，电源的电动势为3V。
由于电源内部的电流方向是由负极流向正极的，故 电源的电动势方向规定为从负极指向正极。
电路有三种状态：通路、开路和短路。 这三种状态的电路如图1-6所示。
图1-6 电路的三种状态
（1）通路
图1-6（a）中的电路处于通路状态。 电路处于通路状态的特点有：电路畅通，有正常的电流流过负载，负载正常工作。
（2）开路
图1-6（b）中的电路处于开路状态。 电路处于开路状态的特点有：电路断开，无电流流过负载，负载不工作。
（3）短路
图1-6（c）中的电路处于短路状态。 电路处于短路状态的特点有：电路中虽有很大电流流过，但电流不流过负载，负载不工作。 由于电流很大，很容易烧坏电源和导线。
接地在电子电路中应用广泛，电路中常用如图1-7所示的符号表示接地。
在电子电路中，接地的含义不是表示将电路连接到大地，而是表示：
（1）在电路中， 接地符号处的电位规定为0V 。在如图1-8（a）所示电路中，A点标有接地符号，表示A点的电位为0V。
（2）在电路中， 标有接地符号处的地方都是相通的。 如图1-8（b）所示的两个电路，虽然从形式上看不一样，但实际上是完全一样的，两个电路中的灯泡都会亮。
图1-7 接地符号
图1-8 接地符号含义说明图
在电子设备中，为了防止某些元器件和电路在工作时受到干扰，或者为了防止某些元器件和电路在工作时产生的信号干扰其他电路正常工作，通常对这些元器件和电路采取隔离措施，这种隔离称为屏蔽。屏蔽常用如图1-9所示的符号表示。
屏蔽的具体做法是先用金属材料（称为屏蔽罩）将元器件或电路封闭起来，再将屏蔽罩接地。 图1-10为带有屏蔽罩的元器件和导线，外界干扰信号无法穿过金属屏蔽罩干扰内部的元器件和电路。
图1-9 屏蔽符号
图1-10 带有屏蔽罩的元器件和导线
欧姆定律是电子技术中的一个最基本的定律，反映了电路中电阻、电流和电压之间的关系。
欧姆定律：在电路中，流过电阻的电流 I 与电阻两端的电压 U 成正比，与电阻 R 成反比， 即
I = U/R
也可以表示为 U = IR 和 R = U/I 。
为了更好地理解欧姆定律，下面以图1-11为例来说明。
图1-11 欧姆定律的几种形式
在图1-11（a）中，已知电阻 R =10Ω，电阻两端的电压 U AB =5V，那么流过电阻的电流 I = U AB / R =（5/10）A=0.5A。
在图1-11（b）中，已知电阻 R =5Ω，流过电阻的电流 I =2A，那么电阻两端的电压 U AB = I · R =2×5V=10V。
在图1-11（c）中，已知流过电阻的电流 I =2A，电阻两端的电压 U AB =12V，那么电阻 R = U/I =（12/2）Ω=6Ω。
下面以如图1-12所示的电路来说明欧姆定律的应用。
图1-12 欧姆定律的应用说明图
在图1-12中，电源的电动势 E =12V，与A、D之间的电压 U AD 相等，三个电阻R 1 、R 2 、R 3 串联起来，可以相当于一个电阻R， R = R 1 + R 2 + R 3 =（2+7+3）Ω=12Ω。知道了电阻的大小和电阻两端的电压，就可以求出流过电阻的电流 I ：
I = U/R = U AD /（ R 1 + R 2 + R 3 ）=（12/12）A=1A
求出了流过R 1 、R 2 、R 3 的电流 I ，并且它们的电阻大小已知，就可以求R 1 、R 2 、R 3 两端的电压 U R1 （ U R1 实际上就是A、B两点之间的电压 U AB ）、 U R2 （实际上就是 U BC ）和 U R3 （实际上就是 U CD ）：
U R1 = U AB = I · R 1 =（1×2）V=2V
U R2 = U BC = I · R 2 =（1×7）V=7V
U R3 = U CD = I · R 3 =（1×3）V=3V
从上面可以看出： U R1 + U R2 + U R3 = U AB + U BC + U CD = U AD =12V
在图1-12中，如何求B点电压呢？首先要明白，求 某点电压指的就是该点与地之间的电压， 所以B点电压 U B 实际上就是电压 U BD ，求 U B 有两种方法：
方法一： U B = U BD = U BC + U CD = U R2 + U R3 =（7+3）V=10V
方法二： U B = U BD = U AD -U AB = U AD -U R1 =（12-2）V=10V
电流流过灯泡，灯泡会发光；电流流过电炉丝，电炉丝会发热；电流流过电动机，电动机会运转。可见， 电流流过一些用电设备时是会做功的，电流做的功称为电功。用电设备做功的大小不仅与加到用电设备两端的电压和流过的电流有关，还与通电时间的长短有关。 电功可用下面的公式计算：
W = UIt
式中， W 表示电功（J） ； U 表示电压（V）； I 表示电流（A）； t 表示时间（s）。
电流需要通过一些用电设备才能做功，为了衡量这些设备做功能力的大小，引入一个电功率的概念。 电功率是指电流在单位时间内所做的功。电功率常用 P 表示，单位是瓦（W）， 此外还有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它们之间的关系是：
1kW=10 3 W=10 6 mW
电功率的计算公式是：
P = UI
根据欧姆定律可知 U = IR ， I = U/R ，所以电功率还可以用公式 P = I 2 R 和 P = U 2 /R 来求。
举例：在图1-13电路中，灯泡两端的电压为220V（与电源的电动势相等），流过灯泡的电流为0.5A，求灯泡的功率、电阻和灯泡10s所做的电功。
图1-13 电功率计算例图
灯泡的功率： P = UI =220V×0.5A=110VA=110W
灯泡的电阻： R = U/I =220V/0.5A=440V/A=440Ω
灯泡10s所做的电功： W = UIt =220V×0.5A×10s=1100J
这里要补充一下，电功的单位是焦耳（J），在电学中常用另一个单位：千瓦时（kW·h），也称为度。1千瓦时=1度，千瓦时与焦耳的关系是：
1千瓦时=1×10 3 瓦×（60×60）秒=3.6×10 6 瓦·秒=3.6×10 6 焦
1千瓦时可以这样理解：一个电功率为100W的灯泡连续使用10小时，消耗的电功为1千瓦时（即消耗1度电）。
电流流过导体时导体会发热，这种现象称为电流的热效应。 电热锅、电饭煲和电热水器等都是利用电流的热效应来工作的。
英国物理学家焦耳通过实验发现： 电流流过导体，导体发出的热量与导体流过的电流、导体的电阻和通电的时间有关。 这个关系用公式表示就是：
Q = I 2 Rt
式中， Q 表示热量（J）； R 表示电阻（Ω）； t 表示时间（s）。
焦耳定律说明：电流流过导体产生的热量，与电流的平方及导体的电阻成正比，与通电时间成正比。由于这个定律除了由焦耳发现外，俄国科学家楞次也通过实验独立发现，故该定律又称为焦耳-楞次定律。
举例：某台电动机额定电压为220V，线圈的电阻为0.4Ω，当电动机接220V的电压时，流过的电流是3A，求电动机的功率和线圈每秒发出的热量。
电动机的功率： P = UI =220V×3A=660W
电动机线圈每秒发出的热量： Q = I 2 Rt =（3A） 2 ×0.4Ω×1s=3.6J