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(2008年7月)
第一部分基础电路
一、直流电路
(一)电路的概念
电流经过的路径称为电路。最简单的电路由电源、负载和连接导线组成。
电路分为外电路和内电路。从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路称为外电路。电源内部的通路称为内电路。
1、电流:电荷有规则的定向运动称为电流。规定以正电荷移动的方向为电流的方向。电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电量称作电流强度,以字母I表示。
电流强度的单位是安培,若在单位时间内通过导体截面的电量为1库仑,则电流强度就是1安培。用下式表示:
I=Q/t
2、电位:电场力把单位正电荷从电场中的某点移到参考点所做的功,称为该点的电位。在电子设备中,通常以机壳等公共点作为参考点,便于比较各点电位。
3、电压:电场中两点间的电位差称为电压,它是衡量电场做功本领大小的物理量,电压的方向规定为由高电位指向低电位。
(二)电阻
当电流通过金属导体时,作定向运动的自由电子与金属中的带电粒子发生碰撞而产生导体对电荷的定向运动阻碍作用。电阻也就是反映导体对电流起阻碍作用大小的一个物理量,通常用字母R表示,单位为欧姆(Ω)。
(三)欧姆定律
流过导体的电流强度与这段导体两端的电压成正比,与这段导体的电阻成反比,这一规律称为欧姆定律。它揭示了电流、电压、电阻三者之间的联系,是电路的基本定律之一。其计算公式为
R=U/I
(四)电路的工作状态
1、通路状态
通路就是电路中的开关闭合,电路及负载中有电流流过。即指设备处于负载工作状态。根据负载大小,又分为满载、轻载、过载三种情况。
2、短路状态
指外电路被阻值近似为零的导体联通,此时电源处于短路状态,短路状态时极易发生烧毁设备、电源及人身事故等。工作中必须严格防止,避免发生。
3、开路状态
开路就是指电源两端或电路某处断开,电路中没有电流通过,电源不向负载输送电能,对于电源而言,此时电路处于空载状态。
(五)简单直流电路计算
1、电阻的串联电路
在电路中,两个或两个以上的电阻按顺序一个接一个联接成一串,使电源只有一条通路称为电阻的串联电路。
(1)串联电路中流过每个电阻的电流相等。即:I=I1=I2=I3=……In
(2)电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和。即:U=U1+U2+U3……+Un
(3)串联电路的等效电阻(总电阻)等于各串联电阻之和。即:R=R1+R2+R3……+Rn
2、电阻的并联电路
将两个或两个以上的电阻一端连在一起,另一端也连在一起,使每个电阻两端都承受同一电压的作用,这种联接方法称为电阻的并联。
(1)并联电路中各电阻两端的电压相等,且等于电路两端的电压。即:U=U1=U2=U3……=Un
(2)并联电路中的总电流等于各电阻中的电流之和,即:I=I1+I2+I3……+In
(3)并联电路的等效电阻(总电阻)的倒数等于各并联电阻的倒数之和,即:
1/R=1/R1+/1/R2+1/R3……+1/Rn
(4)电阻的混联电路
计算电阻混联电路时,要根据电路的实际情况灵活运用串联和并联电路的知识,一般先求出并联或串联部分的等效电阻,逐步化简,求出总的等效电阻,计算出总电流,然后再求各部分电压、电流和功率等。
(六)复杂直流电路计算
复杂直流电路指不能用电阻的串、并联进行化简的电路。复杂电路中有支路、节点、回路、网孔等结构特点。
分解复杂电路通常有支路电位法、节点电压法、戴维南定理和叠加原理等。
1、基尔霍夫第一定律(节点电流定律)
根据电流的的连续性原理可以得到:在电路中的某一节点,流进节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。即:ΣI入=ΣI出。如图:
于是可得:I1+I4=I2+I3+I5
2、基尔霍夫第二定律(回路电压定律)
根据基尔霍夫第二定律可知,在电路中的任何闭合电路中,各段电压的代数和等于零。
即:ΣU=0
二、电容器
电容器即指储存有电荷的容器。是由两块金属导体间隔以绝缘介质,并引出电极而形成的电子物体,计量单位为F(法),通常用字母C表示。
1、电容的并联
(1)若干个电容并联后其等效电容量(总电容量)等于各个电容的容量之和。
即:C=C1+C2+C3……+Cn
(2)每个电容的两端承受的电压相等,并等于电源电压。即:U=U1=U2=U3……=Un
2、电容的串联
(1)串联后电容的等效电容(总容量)C的倒数等于各个电容的倒数之和。
即:1/C=1/C1+/1/C2+1/C3……+
(2)总电压U等于每个电容器上的电压之和,
即:U1=C2 / C1+C2·U U2=C1 / C1+C2·U
三、电路计算例题:
(一)电压、电流、电阻之间的关系
电压以U表示、电流以I表示、