電路基礎(chǔ)1§１－２電路中的基本物理量§１－１電路的基本知識(shí)§１－３歐姆定律§１－４電功率與電功任何電子設(shè)備的電路以及各種常用機(jī)械電氣設(shè)備（如車床、磨床、銑床等）的電氣控制線路都是由各種各樣的元器件有機(jī)地組合在一起的。如圖所示工廠常用的臺(tái)式鉆床的電氣部分就屬于一個(gè)簡單的電氣控制線路，它是由380V三相交流電源、熔斷器、三相開關(guān)、三相異步電動(dòng)機(jī)及連接線路有機(jī)地組合而成。34臺(tái)式鉆床及其電氣控制線路a）臺(tái)式鉆床

b）臺(tái)式鉆床的電氣控制線路§1-1

電路的基本知識(shí)5學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電路的組成及各部分的作用。2.了解電路模型，熟悉常用電氣元件的圖形符號(hào)及文字符號(hào)。3.熟悉電路圖和框圖的畫法和作用。6一、電路電流流過的路徑稱為電路。日常生活中使用的手電筒，就是通過開關(guān)、連接導(dǎo)線把電池和燈泡連接起來的一個(gè)照明電路。當(dāng)合上開關(guān)時(shí)，電流就會(huì)流過燈泡使燈泡點(diǎn)亮；當(dāng)斷開開關(guān)時(shí)，燈泡熄滅。在工廠的車床和鉆床中，電動(dòng)機(jī)通過開關(guān)、連接導(dǎo)線和電源接通時(shí)，就會(huì)得電并轉(zhuǎn)動(dòng)起來。如圖所示就是一個(gè)最基本、最簡單的電路，它是由干電池、燈泡、開關(guān)和連接導(dǎo)線組成的照明電路。實(shí)際中，任何一個(gè)完整的電路都是由電源、負(fù)載、開關(guān)和連接導(dǎo)線四部分組成的。78電路和電路圖a）實(shí)物接線圖b）電路圖1.電源電源是產(chǎn)生電能的裝置，它的作用是把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能，如發(fā)電機(jī)、蓄電池、干電池等都是電源。2.負(fù)載負(fù)載是消耗電能的裝置，它的作用是把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能，所以負(fù)載又稱為用電器。如電燈能把電能轉(zhuǎn)換成光能，電烙鐵能把電能轉(zhuǎn)換成熱能，電動(dòng)機(jī)能把電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，因此它們都屬于負(fù)載。3.開關(guān)開關(guān)是控制裝置，在電路中起接通或斷開電路的作用。94.連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線起連接作用，可以通過導(dǎo)線把電源、負(fù)載和開關(guān)連接起來，組成一個(gè)完整的電路。電路的主要作用有兩個(gè)方面：一是用于電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換，例如，供電線路可以把發(fā)電廠發(fā)出的電能傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的各個(gè)負(fù)載，再由負(fù)載轉(zhuǎn)換成各種不同形式的能；二是電路可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的產(chǎn)生、傳遞和處理，如計(jì)算機(jī)就是通過電路實(shí)現(xiàn)各種信息的計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示。10二、電路模型與電路圖1.電路模型實(shí)際使用的電氣設(shè)備和元件，如工廠企業(yè)中廣泛使用的電動(dòng)機(jī)、接觸器、燈泡、電容器等，都稱為實(shí)際電路元件。這些實(shí)際電路元件在使用過程中所產(chǎn)生的各種效應(yīng)是很復(fù)雜的。所謂的理想電路元件，實(shí)際就是指代表單一電磁性質(zhì)的元件，也叫純電路元件。用理想電路元件代替和表示實(shí)際電路元件后，可以使電路分析和計(jì)算簡化。但有時(shí)根據(jù)實(shí)際的要求，一些實(shí)際電路元件又不能籠統(tǒng)地簡化，這時(shí)可以用若干個(gè)理想電路元件的有機(jī)組合來確切地表示一個(gè)實(shí)際電路元件。112.電路圖電路模型簡稱電路。用理想電路元件的圖形符號(hào)表示的電路模型，稱為電路圖。一般的電路可以用電路圖來表示。為了畫圖方便且直觀，實(shí)際上通常采用國家統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號(hào)來畫電路圖。12常用電氣元件的圖形符號(hào)及文字符號(hào)13常用電氣元件的圖形符號(hào)及文字符號(hào)三、框圖框圖也叫方塊圖，是一種用方框和連線來表示電路工作原理和構(gòu)成概況的電路圖，它也是原理圖的一種。原理電路圖詳細(xì)地描述了電路的全部元器件及其連接方式，而框圖只是簡單地將電路按照功能劃分為幾個(gè)部分，將每一個(gè)部分描繪成一個(gè)方框，在方框中標(biāo)注上該部分電路的名稱和作用，然后在方框之間用連線來說明各方框之間的關(guān)系，這對(duì)于研究分析較復(fù)雜的電路十分重要。14如圖所示就是電源穩(wěn)壓電路的原理電路圖和框圖。兩者相比可以看出，電源穩(wěn)壓電路的原理電路圖相當(dāng)復(fù)雜，而用框圖表示就變得簡單且清晰。首先，電源變壓器將交流電源電壓變換成所需要的較低的交流電壓，然后再由整流電路將正弦交流電轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電，濾波電路則是濾除整流輸出電壓的紋波，穩(wěn)壓電路可以保證有穩(wěn)定的直流電壓輸出。1516電源穩(wěn)壓電路a）原理電路圖b）框圖§1-2電路中的基本物理量17學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電流的形成、電流大小和方向的規(guī)定，熟悉電流的測量方法。2.掌握電流密度的定義及其在實(shí)際中的應(yīng)用。3.掌握電壓和電位的定義及其在實(shí)際中的應(yīng)用，熟悉電壓和電位的測量方法。4.掌握電動(dòng)勢的定義及其在電路中的作用。5.掌握電阻的定義，了解導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)。6.了解電阻在電路中的作用，掌握電阻的識(shí)別方法和測量方法。18為了讓使用者能夠正確使用各種電氣設(shè)備，一般都在其顯著位置標(biāo)注有關(guān)的電路參數(shù)。如圖所示為一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)控制電路中常見的行程開關(guān)，它的作用是利用生產(chǎn)設(shè)備的某些運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械位移來碰撞滾輪，使其開關(guān)觸頭產(chǎn)生動(dòng)作，從而將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制接通或斷開其他控制電路。行程開關(guān)通常用于限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。它的上面標(biāo)有“AC380V，DC220V，5A”等字樣，你知道它的含義嗎？本節(jié)就來介紹這些物理量。1920行程開關(guān)一、電流1.電流的方向自然界存在著許多種運(yùn)動(dòng)形式，電流只是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式而已。21電流的形成a）金屬導(dǎo)體中的電流b）液體中的電流在分析、計(jì)算較復(fù)雜電路時(shí)，往往需要確定電流的方向，但有時(shí)對(duì)某段電路中電流的方向又難以作出判斷。22電流正負(fù)值的確定a）電流為正值b)電流為負(fù)值根據(jù)電流的大小和方向隨時(shí)間變化的情況，可把電流分為直流電流和交流電流兩大類，直流電流又可細(xì)分為穩(wěn)恒直流電流和脈動(dòng)直流電流兩大類，見表。工礦企業(yè)車間里的各種車床、照明燈等使用的都是交流電流，干電池提供的是穩(wěn)恒直流電流，而整流電路輸出的是脈動(dòng)直流電流。2324電流的分類25電流的分類2.電流的大小電流的大小是指單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面電荷量的多少。在直流電路中，如果在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為Q，則電流I為：

式中，I、Q、t的單位分別為安培（A）、庫侖（C）、秒（s）。263.電流密度在實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)遇到如何選擇導(dǎo)線粗細(xì)（橫截面積）的問題，這就涉及電流密度的概念。當(dāng)電流在導(dǎo)體的橫截面上均勻分布時(shí)，該電流與導(dǎo)體橫截面積的比值，稱為電流密度，用符號(hào)J表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：上式中，電流I的單位為A，橫截面積S的單位為mm2，電流密度J的單位為A／mm2。如圖所示，顯然圖a所示的電流密度大，圖b所示的電流密度小。27電流密度a）電流密度大b）電流密度小4.產(chǎn)生電流的條件電路和水路有很多相似之處。如圖a所示，為了維持水流的不斷流動(dòng)，在水路中必有水泵的作用，它將水不斷地由低水位b抽向高水位a，于是在a、b兩點(diǎn)之間形成一個(gè)水位差（水壓）。28水路和電路a）水路b）電路二、電壓與電位1.電壓電壓是衡量電場力做功本領(lǐng)大小的物理量。前面已知，只有在水壓作用下才能產(chǎn)生水流。而在電路中，只有在電壓作用下才能產(chǎn)生電流。電流實(shí)際上是電荷在電場力作用下的定向運(yùn)動(dòng)所形成的，顯然，在這個(gè)過程中，電場力對(duì)電荷做了功。為了衡量電場力對(duì)電荷做功本領(lǐng)的大小，引入了電壓這個(gè)物理量。2930電場力做功電壓不但有大小，還有方向，即有正負(fù)。對(duì)于負(fù)載來說，規(guī)定電流流進(jìn)端為電壓的正端，電流流出端為電壓的負(fù)端。電壓的方向由正指向負(fù)，也就是說負(fù)載中電壓的實(shí)際方向與電流方向一致。2.電位在電子技術(shù)中，經(jīng)常用到電位的概念。特別是在分析較復(fù)雜的電子電路時(shí)，運(yùn)用電位的概念進(jìn)行分析會(huì)顯得較為方便。定義：如果任選電路中一點(diǎn)O為參考點(diǎn)，那么電路中a點(diǎn)的電位Va就等于電場力將單位正電荷從a點(diǎn)移到參考點(diǎn)O所做的功，即：參考點(diǎn)的電位等于零，所以參考點(diǎn)又叫零電位點(diǎn)。如果在電路中任選一個(gè)參考點(diǎn)，并令它的電位為零，則電路中某一點(diǎn)的電位就應(yīng)等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓。可見，電位實(shí)質(zhì)上也是電壓，只不過是相對(duì)參考點(diǎn)的電壓。所以，電位的單位也是伏特。31電位和電壓的異同點(diǎn)：（1）電位是某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，電位差是某兩點(diǎn)間的電壓。因此，電位相同的各點(diǎn)間的電位差為零，電流也為零。（2）電位是相對(duì)量，隨參考點(diǎn)的改變而改變；而電位差的絕對(duì)值不隨參考點(diǎn)的改變而改變，所以電壓是絕對(duì)量。（3）電位和電壓的單位相同，都是伏。測量電路中某點(diǎn)電位的大小時(shí)，通常也采用電壓表或萬用表的電壓擋。實(shí)際中，當(dāng)電路的元件數(shù)目較多時(shí)，把所有兩點(diǎn)間的電壓都表示出來是很煩瑣的，如果采用電位表示就會(huì)變得簡單而清晰。3233電壓表示法和電位表示法三、電動(dòng)勢電動(dòng)勢是衡量電源將非電能轉(zhuǎn)換成電能的本領(lǐng)的物理量。電動(dòng)勢的定義：在電源內(nèi)部，外力將單位正電荷從電源負(fù)極移到電源正極所做的功，用符號(hào)E表示，即：可見，電動(dòng)勢的作用與水泵的作用非常相似。在水路中，水泵的作用是把水從低水位抽到高水位；而在電路中，電動(dòng)勢的作用是把正電荷從低電位搬到高電位。電動(dòng)勢的單位和電壓一樣，也是伏特。34電動(dòng)勢的方向規(guī)定：在電源內(nèi)部，由負(fù)極指向正極，即由低電位指向高電位。需要指出的是，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的電源來說，它的內(nèi)部既有電動(dòng)勢又有電壓。例如，常用的電池就是一個(gè)電源，隨著電池使用時(shí)間的延長，電池兩端的電壓將下降，當(dāng)降低到一定的數(shù)值時(shí)，電池就不能使用了。電動(dòng)勢在電路中主要起提供電能的作用。要測量電源電動(dòng)勢的大小，通常也采用電壓表或萬用表的電壓擋。35四、電阻1.電阻的定義當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，由于自由電子在運(yùn)動(dòng)中不斷與導(dǎo)體內(nèi)的原子、分子發(fā)生碰撞，以及自由電子相互之間的碰撞，都會(huì)使其運(yùn)動(dòng)受到阻礙，這種導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用就稱為電阻，用字母R或者r表示。36電阻的單位是歐姆，簡稱歐，用符號(hào)Ω表示。除了歐姆之外，常用的電阻單位還有千歐（kΩ）和兆歐（MΩ）。它們之間的換算關(guān)系是：1kΩ＝103Ω1MΩ＝103kΩ值得注意的是，導(dǎo)體的電阻是客觀存在的，它不隨導(dǎo)體兩端電壓的大小變化。即使沒有電壓，導(dǎo)體仍然有電阻。372.電阻定律實(shí)驗(yàn)證明，在溫度一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長度成正比，與導(dǎo)體橫截面積成反比，還與導(dǎo)體的材料有關(guān)。3.電阻與溫度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)還表明，導(dǎo)體的電阻還與溫度有關(guān)。通常情況下，金屬導(dǎo)體的電阻都是隨溫度的升高而增大，這是由于金屬導(dǎo)體中的自由電子本來就很多，當(dāng)溫度升高時(shí)，自由電子的數(shù)目更多，金屬中原子和分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，電子在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，彼此發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)增多，因此電阻也會(huì)增大。38利用某些材料電阻隨溫度變化而改變的特性可以制成熱敏電阻，如圖所示。電阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻稱為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，可以用于溫度的測量或者電子線路的自動(dòng)保護(hù)電路中。電阻值隨溫度升高而增大的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)的熱敏電阻。熱敏電阻394.電阻的伏安特性曲線在溫度一定的條件下，通過電阻的電流隨電壓變化而變化的關(guān)系曲線，稱為電阻的伏安特性曲線，如圖所示。40電阻的伏安特性曲線5.電阻器及其在電路中的作用（1）常見電阻器電阻器也簡稱為電阻。在電子線路中，電阻是使用最多的元件之一。常用的電阻種類很多，按照其結(jié)構(gòu)不同可分為固定電阻、可變電阻和微調(diào)電阻。常見的固定電阻主要有碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等，如圖所示。常見固定電阻的外形a）碳膜電阻b）金屬膜電阻c）線繞電阻41可變電阻是一種常見的可調(diào)電子元件，常用于需要調(diào)節(jié)電阻大小的場合，通過調(diào)節(jié)電阻的大小達(dá)到調(diào)節(jié)電位的目的，故又稱為電位器，如用于調(diào)節(jié)收音機(jī)音量大小的電位器。常見電位器的外形42（2）電阻在電路中的作用電阻在電路中的作用主要是限流和分壓。1）限流作用。在電壓一定的情況下，電阻越大，流過的電流越小，即起“限流”作用。2）分壓作用。電流I通過電阻R時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓降U，這就是電阻的分壓作用。43電阻的限流和分壓作用a)限流作用b)分壓作用44（3）電阻常用標(biāo)注方法電阻常用的標(biāo)注方法有直標(biāo)法和色環(huán)法兩種。1）直標(biāo)法。直標(biāo)法就是把元件的主要參數(shù)直接印制在元件的表面，這種方法主要用于功率比較大的電阻。452）色環(huán)法。隨著電子元器件的不斷小型化，使得電阻體積越來越小，已經(jīng)很難在電阻上標(biāo)記數(shù)字，因此，目前小功率電阻廣泛使用色環(huán)法標(biāo)注。色環(huán)法就是用不同的顏色環(huán)表示不同的數(shù)字，通過顏色的不同來表示電阻值和允許偏差的方法。一般用背景顏色區(qū)別電阻的種類：淺色（淡綠色、淡藍(lán)色、淺棕色）表示碳膜電阻，紅色表示金屬或金屬氧化膜電阻，深綠色表示線繞電阻等。一般用4個(gè)或5個(gè)色環(huán)表示電阻阻值及允許偏差，如圖所示。46兩種色環(huán)電阻阻值的標(biāo)注圖§1-3

歐姆定律47學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握部分電路歐姆定律及其應(yīng)用。2.掌握全電路歐姆定律及其應(yīng)用。3.熟悉電路的三種狀態(tài)。48歐姆定律是德國物理學(xué)家歐姆通過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的電流與電壓、電阻三者之間的關(guān)系，是研究和分析電路的最基本定律之一。49一、歐姆定律電流、電壓和電阻是電路中的3個(gè)基本物理量，分析、計(jì)算電路就是研究以上各量之間的關(guān)系，以確定它們的大小。歐姆定律就是反映電阻元件兩端的電壓與通過該元件的電流和電阻三者之間關(guān)系的定律，電路如圖所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中I——電流，A；

U——電壓，V；

R——電阻，Ω。50由上式可知，通過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，而與電阻成反比。對(duì)于任一段電阻電路，只要知道電路中的電壓、電流和電阻這三個(gè)量中的任意兩個(gè)量，就可由歐姆定律求得第三個(gè)量。由于這個(gè)歐姆定律適用于“某一部分電路”，所以歐姆定律有時(shí)也稱為“部分電路的歐姆定律”。51歐姆定律電路二、全電路歐姆定律含有電源的閉合電路稱為全電路，它由內(nèi)電路和外電路兩部分組成。其中內(nèi)電路是指電源內(nèi)部的電路，包括電源電動(dòng)勢和電源內(nèi)部的電阻（內(nèi)阻）兩部分，電流由電源的負(fù)極流向正極；外電路是指電源以外的電路，如圖a所示。全電路歐姆定律的內(nèi)容：閉合電路中的電流與電源的電動(dòng)勢成正比，與電路的總電阻成反比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：也可整理成：52式中，U內(nèi)是電源內(nèi)阻上的電壓降，U外是外電路的電壓降，也是電源兩端的輸出電壓，稱為電源的端電壓。上式說明，電源的電動(dòng)勢在數(shù)值上等于閉合電路中內(nèi)外電路電壓降的和。53全電路歐姆定律和閉合水路a)全電路歐姆定律b)閉合水路三、電路的三種狀態(tài)應(yīng)用全電路歐姆定律，可以很方便地討論電路在三種不同狀態(tài)下輸出電流與電源端電壓之間的關(guān)系。1.通路如圖所示，當(dāng)開關(guān)處于位置“3”時(shí)，電路處于通路狀態(tài)。此時(shí)電路中的電流為：電源端電壓與輸出電流的關(guān)系為：上式說明，當(dāng)電源電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r一定時(shí)，輸出電流I越大，端電壓U越低。542.開路在圖中，當(dāng)開關(guān)處在位置“2”時(shí)，電路處于開路（也稱斷路）狀態(tài)，相當(dāng)于外電阻R→∞。3.短路當(dāng)圖中的開關(guān)處在位置“1”時(shí)，電路處于短路狀態(tài)。55電路的三種狀態(tài)§1-4

電功率與電功56學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解電功率的定義及物理意義。2.掌握電功的定義及測量。3.掌握焦耳定律的定義及應(yīng)用。4.了解電氣設(shè)備額定值的意義。5.掌握負(fù)載獲得最大功率的條件及應(yīng)用。57一、電功率電功率就是單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功，用P表示，單位為瓦特，簡稱瓦，用符號(hào)W表示。電功率表示電流做功的快慢。如圖所示電路中R為一個(gè)電阻，它兩端的電壓是U，通過的電流是I，則單位時(shí)間內(nèi)電場力在電阻上做的功應(yīng)為電壓與電流的乘積，即：式中P——電功率，W；

U——電壓，V；

I——電流，A；

R——電阻，Ω。58常用的電功率單位除了瓦特以外，還有兆瓦（MW