可编程序控制系统设计师培训包电路与电子技术基础知识T-01-O-O-电路的基本概念.docx

2.1 电路与电子技术基础知识 培训目标： 1．理解电路和电路模型的概念； 2．掌握电流、电压、电位、电势、电功率的概念； 3．掌握电路的工作状态及其工作特点； 4．掌握电路的基本定理。 2.1.1 电路的基本概念 2.1.1.1电路和电路模型 1. 电路 电路是电流的流通路径，它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。其特征是提供了电流流动的通道。复杂的电路亦可称之为网络。电路和网络这两个术语是通用的。 电路中提供电能或信号的器件，称为电源。电路中吸收电能或输出信号的器件，称为负载。在电源和负载之间引导和控制电流的导线和开关等是传输控制器件。如图2.1.1.1（a） 图(a) 手电筒电路 (b) 电路模型 图2.1.1.1 综上所述，电路主要由电源、负载和传输环节等三部分组成，根据电路的作用，电路可分为两类： 一类是用于实现电能的传输和转换。例如，电动机将电能转换为机械能，电热炉将电能转换为热能，电灯将电能转换为光能，变压器实现高压与低压之间的的转换 另一类是用于进行电信号的传递和处理。通过电路把施加的信号（称为激励）转换成所需要的输出信号（称为响应）。例如收音机中的调谐电路，它可以从发射台发出的不同信号中选出所需要的信号；电视机可将接收到的信号，经过处理，转换成图像和声音；控制系统中的信号处理电路,可以把不同量程的电信号转变为标准统一的控制信号。 根据电源提供的电流不同电路还可以分为直流电路和交流电路两种。 2.电路模型 用于组成电路的电工、电子设备或元器件统称为实际电路元件，用实际元件组成的电路成为实际电路。 一个实际元件往往呈现出多种物理性质，为了便于分析和数学描述，常常在一定条件下对实际器件加以理想化，只考虑其中起主要作用的某些电磁现象。也就是用理想元件来替代实际元件的模型，这种模型称之为电路元件，又称理想电路元件。例如电阻元件是一种只表示消耗电能的元件，电容元件是一种只储存电场能量的理想元件，电感元件是一种只储存磁场能量的理想元件等。 用一个或几个理想电路元件构成的模型去模拟一个实际电路，这个由理想电路元件组成的电路称为电路模型。图2.1.1.1（b）即为图2.1.1.1（a 2.1.1.2 电路中的物理量很多，主要包括电荷、电压、电流、电位、电动势、电能以及功率。本节讨论电路的基本物理量：电流、电压、功率和电能。 1.电流及其参考方向 带电粒子（电子、离子等）的定向运动, 称为电流。电流是由电荷的定向移动而形成的。当金属导体处于电场之内时，自由电子要受到电场力的作用，逆着电场的方向作定向移动，这就形成了电流。 电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。 电流分为两类：一是大小和方向均不随时间变化，称为恒定电流，简称直流，用I表示。二是大小和方向均随时间变化，称为交变电流，简称交流，用表示。 对于直流电流，单位时间内通过导体截面的电荷量是恒定不变的，其大小为 对于交流，若在一个无限小的时间间隔内，通过导体横截面的电荷量为，则该瞬间的电流为 电流的强弱用电流强度来表示，在国际单位制（SI）中，电流的单位是安培（A）。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。其换算关系为： 1kA=103A、1mA=10-3A、1μA=10-6A、 习惯上，人们把正电荷的移动方向规定为电流的实际方向。当负电荷或自由电子运动时，电流的实际方向是负电荷运动的相反方向。 在简单电路中，电流的实际方向可根据电源的极性直接确定。而在复杂电路中，电流的实际方向有时难以确定。为了便于分析计算，便引入电流参考方向的概念。 所谓电流的参考方向，就是在分析计算电路时，先任意选定某一方向，作为待求电流的方向，并根据此方向进行分析计算。若计算结果为正，说明电流的参考方向与实际方向相同；若计算结果为负，说明电流的参考方向与实际方向相反。图2.1.1.2 (a) (b) 图2.1.1.2 例1 如图2.1.1.3所示，电流的参考方向已标出，并已知I1=－3A，I2=5A 解：I1=-3A0，则I1的实际方向与参考方向相反，应由点B流向点A。 I2=5A0，则I2的实际方向与参考方向相同，由点B流向点A。 图2.1.1.3 例1 2.电压及其参考方向 在电路中，电场力把单位正电荷（q）从a点移到b点所做的功（W）就称为a、b两点间的电压，也称电位差，记 式中,dq为由a点移动到b点的电荷量,dW为移动过程中电荷所减少的电能。如果电场力把1C（库仑）电量从点A