电子元器件学习笔记（2）

一、电路的基本概念及理论

1、电路概述

  电路有实际电路与电路模型之分，前者是实际存在的电路，后者是把实际电路在一定条件下理想化而得到。

1.1电路

 电路就是电流通过的闭合路径，它是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体。（直流电路是由直流电源供电的电路。）

1.2电路的组成

  电路主要由电源、负载和中间环节三部分组成。

    (1) 电源：电源是提供电能的装置，把非电能转换成电能，如电池、蓄电电池、发电机等。

    (2) 负载：负载是消耗电能的装置，把电能转化成非电能，又称用电器作用是将电能转换成其他形式的能量。

    (3) 中间环节：中间环节用来连接电源和负载，起传递和控制电能的作用。

1.3电路的作用

  （1）进行电能的传输和转换，如照明电路、动力电路等。典型电路是电力系统电路。

  （2）实现信号的传输和处理，如测量电路、扩音机电路、计算机电路等。典型电路是扩音机电路。

1.4电路模型

  （1）理想化电路元件，是指体现某种基本现象，具有某种确定的电磁性能和精确数学定义的电路元件。理想电路元件不是实际电路的部件，而是一些数学模型，即在一定条件下能够准确地反映实际电路

其部件的电磁性能的模型。常用理想元件及符号如下。

  （2） 电路模型，是指由理想电路元件构成的电路。手电筒电路对应的电路模型如图所示。

 

2、电路变量

  电压、电流是电路分析中经常用到的两个电路变量，要搞清楚它们的概念、实际方向、参考方向。

2.1电流

  电流的基本概念

    电路中，电荷沿着导体的定向运动形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负电荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度(简称电流)，用符号 I 或 i(t)表示，（电流表示电荷运动速度

  的物理量）

　　  设在Δt =t2－t1时间内，通过导体横截面的电荷量为Δq= q2－q1，则在Δt时间内的电流强度可用数学公式表示为

  

  

    式中，Δt为很小的时间间隔，时间的国际单位制为秒(s)，电量Δq的国际单位为库仑(C)。电流 i (t)的国际单位为安培(A)。常用的电流单位还有毫安（mA）、微安（μA）、千安（kA）等，它们与安培的换算关系为

 

10^-3 kA=1A=10³ mA=10⁶ μA

    

1A 的含义：1秒钟内有 6.242*10^18 个单位电荷通过了导体横截面（电子、质子都属于单位电荷）。 
备注： 6.242*10^18 个单位电荷所带的电荷总量，为 1 库伦(C)。所以 1A 的含义也能这样描述： 在1秒钟内，有1库仑的电荷通过了导体的横截面。 

  直流电流

    如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称直流(direct current)，记为 DC或 dc，直流电流要用大写字母 I 表示。

    直流电流 I 与时间 t 的关系在 I-t 坐标系中为一条与时间轴平行的直线。

  

  直流电流

    如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，正弦交流电流是一种较为重要的变动电流，其大小及方向均随时间按正弦规律做周期做变化，将之简称为交流(alternating current)，记为 AC 或 ac，交流

电流的瞬时值用小写字母 i 或 i(t)表示。

  电流的参考方向

    (1) 实际方向：规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的实际方向。

    (2) 参考方向：人为规定的电流方向。在分析电路时，常常要知道电流的方向，但有时电路中电流的实际方向难以判断，此时可任意选定某一方向作为电流的参考方向(也称正方向)。所选的参考方向不一定与实际方向一致。当计算出

  的电流值为正数时，该电流方向与参考方向一致，反之与参考方向相反。

  电流参考方向的表示方法

    电流参考方向的表示方法有两种。

    （1）用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。

    （2）用双下标表示： I_AB 表示电流的参考方向由 A 点指向 B 点。

  电流的测量

    电流用电流表(安培表)来测量。测量时注意：(1) 交、直流电流用不同的表测量。(2) 电流表应串联在电路中。(3) 直流电流表有正、负端子，用+、−区分，接线时不能接错。(4) 选择正确的量程。

2.2电压

  电压的概念

    电压是指电路中两点 A、B 之间的电位差(简称电压)，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从 A 点移动到 B 点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、

  微伏(µV)、千伏(kV)等。

  直流电压

    如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称直流电压，用大写字母 U 表示。

  交流电压

    如果电压的大小及方向随时间变化，则称之为变动电压。对电路分析来说，正弦交流电压(简称交流电压)是一种较为重要的变动电压，其大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化。交流电压的瞬时值用小写字母 u 或 u(t)表示。

  电压的方向

  (1) 实际方向：由高电位指向低电位。

  (2) 参考方向：人为规定的电压方向。在分析电路时，常常要知道电压的方向，但有时电路中电压的实际方向难以判断，此时可任意选定某一方向作为电压的参考方向(也称正方向)。所选的参考方向不一定与实际方向一致。

当计算出的电压值为正数时，该电压方向与参考方向一致，反之与参考方向相反

在分析电路时，电流和电压方向一般来说规定一种即可，即规定的电压和电流为同一方向。

  电压参考方向的表示方法

  （1）用箭头表示

  （2）用双下表表示

  （3）用正负号表示

  电压的测量

    电压用电压表(伏特表)来测量。（电压表应并联在被测电路两端）

2.3电动势

  (1) 物理意义：正极增加的电能叫电动势，用 E 表示。

  (2) 电动势的实际方向：在电源内部由负极指向正极，即电位升，其单位与电压单位相同，也是伏特。对电源来说，既有电动势，又有端电压。电动势只存在于电源内部，方向由负极指向正极；而端电压只存在于电源外部，其方向由正

指向负极。一般情况下，电源的端电压总是低于电源内部的电动势，只有当电源开路或者电源的内阻忽略不计时，电源的端电压才与其电动势相等。

2.4功率  

  1. 定义

    功率指单位时间内能量的变化，其定义式为

  把能量传输(流动)的方向称为功率的方向，消耗功率时功率为正，产生功率时功率为负。符号为 P，单位为瓦(W)。

  2. 功率计算中应注意的问题

    功率的计算公式为 p(t)=u(t)∗i(t)，若选取元件或电路部分的电压u与电流i的方向关联，即方向一致。

      实际功率 p(t)>0 时，电路部分吸收能量，此时的 p(t)称为吸收功率；

      实际功率 p(t)<0 时，电路部分发出能量，此时的 p(t)称为发出功率。

2.5电能及计算

  在电压、电流选定关联参考方向时，在 t0 到 t 时刻部分电路所吸收的能量为

  电能的单位为焦耳(J)，1J表示功率为 1W 的用电设备在 1s 内消耗的电能。在日常生活中常用度(千瓦·小时，kW·h)来表示电路吸收的电能，就是说 1kW 的设备在 1 小时内消耗的电能为 1 度。