电路的组成
电路是用于传送电能或电信号的线路,现实中的电路有市电供电的照明电路及手洗衣机、电筒、电脑、电视机等所有用电设备内部的通电的线路。从电路组成看,上述电路不外乎包含图1-1-1所示内部元器件或设备。
对于市电供电的电灯、洗衣机、电脑、电视机等设备,220伏交流电就是电源,手电筒中的电池也是电源,电灯泡、电动机及电路板就是接受电源供电的负载,中间用于传输电能的电线、开关等设备就是传输设备。
实际的电气和电子设备中,需要多种多样的元器件来实现设备的功能。为了寻求从电源到负载的电能传输或电信号处理的一般数学关系,科学家借助数学和物理学的原理,发展到现在的电路分析理论。所以本课程中所说的电路,已经将实际电路做了理想化处理,复杂问题变成了简单问题。
可以认为:①所有电路都是由各种元器件组成的;②为了便于定量计算,所有元件都是理想元件;③理想元件是:电阻、电感、电容;④理想电源是:理想电压源、理想电流源。
进一步说,电脑、电视机等电气设备中的电路板,是略微复杂一些电路,除了提供电路板正常工作必须的直流电源外,还有提供输入信号的电源、放大电路和负载。这里的输入信号分交流和直流,一般都是交流信号,负载也可以认为是电阻、电感和电容,放大电路则是由电阻、电感、电容和二极管、三极管等各种其他器件组成的。
二、 主要物理量
路中的主要物理量是电流I、电压V和电功率(简称功率)P。
1.电流
从初中电学已经知道,电流是电路中最基本的物理量,它跟水管中的水流类似。水流因水压而流动,电流则是在电源电压驱动下产生的。在电路中任意一个元件,在没有计算之前,大家不知道元件内的电流有多大、朝哪个方向流。
这里的解决办法是:给元件设定一个参考方向。若最终计算出的结果为正,说明当初设定的方向就是实际方向,为负则是相反方向。
再补充说明一句:在物理学中,电流的正方向是指从电压源正极流出的方向。
2.电压
电路中的电压类似水管中的水压,没有电压导线中就不会有电流。电流的实际流向是从元件的高电压端流向低电压端,即从高电位向低电位流动。
在计算电路中某个元件上或两个任意节点间的电压时,也是可以先假设参考方向的。跟电流一样,若最终计算出的结果为正,说明当初设定的方向就是实际方向,为负则是相反方向。
至于什么是关联参考方向,印刷教材中这句话说得很清楚:
电流、电压的参考方向均可任意设定,两者不相关。但为了分析电路方便起见,常常把元件或一段电路上电流与电压的参考方向取为一致,标为关联参考方向,简称关联方向。这样,在电路中只需标出电压的参考方向,电流的参考方向就自然确定了,反之亦然。一般情况下,电路图上标出两者中任意一个参考方向,另一个可省略不标。
3.电功率(简称功率)
功率是单位时间内电源提供或负载消耗能量的一个重要指标。实际的功率是没有正负之分的,就跟能量一样(最近都在说“正能量”,谁见过能量还有负的?)。
但在电路分析时,因为存在电源供电和负载耗电的区别,在计算时可以对功率做数学上的假定。这在物理上是可以解释的,功率为正,表示消耗(吸收)能量,功率为负,表示提供(产生)能量。
功率用P表示,它等于电压U和电流I的乘积,即:P=UI
在日常生活中,电压和功率是很常用的电学指标,如家用插线板上,有小区提供的市电,是220伏交流电,超市买的干电池一般都是1.7伏的直流电。家里用的电灯,买灯泡时,你肯定会选择它的多少瓦的。你可以看一下你家电器,只要是正规品牌商品,都会标上它适用于多少电压,耗电是多少瓦。
看完这一段你有时间的话,不妨想一想:为什么这些电器只标电压、功率,不标电流呢?