1.1　电路基本理论

1.1.1　什么是电？

电是一种能量形式。除了电之外，其他的能量形式还有热、光、机械能、化学能等。

（1）电的优点　可长距离传输大量的能量；电能可便捷地转化为其他形式的能量；由电能转化为其他形式的能量是最环保的方式。

（2）电的定义　电是电子从一个原子到另一个原子的运动（图1-1-1）。

（3）电的三要素：电压、电流、电阻。

1.1.2　通过哪些方式可以获取电？

获取电的方式如图1-1-2所示。

（1）通过运动感应产生电压　导体回路在磁场中来回运动以及永磁铁在线圈中来回运动都会产生交流电压，这种过程称为运动感应（图1-1-3）。如发电机、转速传感器。

（2）通过电化学过程产生电压

① 原电池。如果将两种金属浸入到电解质（酸、碱或盐溶液）中，就会产生一个原电池。两个电极之间存在直流电压，其强度取决于电极的材料。电子由负极流向正极，电解质分解，负极金属溶解或发生化学转化。

② 蓄电池。对于蓄电池，可以通过输入电流的方式使电化学转换过程反向进行（即充电）（图1-1-4）。

（3）通过光电元件产生电压（通过光产生电压）　如图1-1-5所示，在金属基板上涂一层半导体涂层（例如硒），半导体涂层与触环相连。光线射入时，触环和基板之间就会产生直流电压。如电子控制中的测量值传感器。

（4）通过压电元件的晶体形变产生电压（图1-1-6）　压电元件由压敏晶体（例如电气石）和导电的薄膜组成，在晶体上施加压力，就会产生电压。如爆震传感器和压电喷嘴。

柴油发动机上的压电喷嘴应用了反向作用。多块晶体上下层叠在一起，在晶体上加载电压，利用晶体的膨胀就可以使喷油嘴开启。

（5）通过热电元件吸收热量产生电压（图1-1-7）　将两种金属互相连接，并加热连接部位，就会产生直流电压，电压的大小与金属配对和温度有关。如温度测量元件、测量值传感器。

1.1.3　什么是电压？

电压是电的压力，由它引起电子在电路中移动。电压工作原理如图1-1-8所示。

电压的表示符号是U，单位是伏特（V）。1V表示通过1Ω电阻移动1A电流所需的压力。

单位换算：1mV=0.001V；1kV=1000V；1MV=10⁶V。

电压数值的大小可以通过伏特表测量。如图1-1-9所示，使用万用表选择电压挡，黑表笔连接负极，红表笔连接正极，测得的电压即是电路中的电压。

（1）直流电压　又称直流电或“DC直流电”。直流电压是指电子持续以相同的强度沿着同一方向运动产生的电压（图1-1-10）。

（2）交流电压　又称交流电或“AC交流电”。交流电压是指在一定的时间内，电子多次改变其方向和电流强度（图1-1-11）。

电压波形具有正弦波特征，如图1-1-12所示。常见波形如图1-1-13所示。

1.1.4　什么是电流？

电流表示电子流动的速率，如图1-1-14所示。

电流是自由电子的定向运动（图1-1-15）。形成电流的原因是电压。电流只能在闭合的电路中流动。电路的组成如图1-1-16所示。

电流表示符号为I，单位是安培（A）。1A表示1s内有6.25×10¹⁸个电子流过导体上的一点。单位换算：1mA=0.001A。

电流的测量方法如图1-1-17所示。使用万用表选择电流挡，红、黑表笔分别连接线路的两端，测得线路中的电流。

1.1.5　什么是电阻？

电阻为导体反对电子流动的能力，是电流在导体中受到的阻碍（瓶颈）电阻的表示符号是R，单位是欧姆（Ω）。1Ω表示1A电流流过导体时在其两端产生1V电压降。单位换算：1kΩ=1000Ω；1MΩ=10⁶Ω。影响电阻的因素有导线的长度、导线的截面积、导线的材料、温度等。

“电阻”这个概念在电气技术中有两种含义。

① 材料的物理性质。导电材料，例如铜、银等；电阻材料，例如康铜等；绝缘材料，例如陶瓷等。

② 电气或电子设备中的部件（图1-1-18）。

电阻是被动部件，它用来将电流限制在一个电流回路中并构成分压器，以便在特定的点位使电压可保持恒定的数值。电阻的作用如图1-1-19所示。

（1）串联电阻　串联时，总电阻都比单个电阻大。总电阻（R_ges）等于R₁和R₂之和（图1-1-20）。即：

R_ges=R₁+R₂

串联电阻在鼓风机电路图中的应用如图1-1-21所示。通过串联电阻可实现由新鲜空气控制鼓风机的速度。

（2）并联电阻　总电阻小于最小的分电阻R₁或R₂等（图1-1-22）。

并联电阻的应用如图1-1-23所示，为可加热的风挡清洗喷水嘴的电路。

不同电阻的应用如图1-1-24所示。

电阻测量方法：使用万用表电阻挡测量，将万用表红、黑表笔分别连接测量对象两端，测得数据为该测量对象的电阻（图1-1-25）。

1.1.6　欧姆定律

欧姆定律计算公式如图1-1-26所示。计量单位符号如下：电压U（V）；电流强度I（A）；电阻R（Ω）。

1.1.7　电功率

电功率计算公式如图1-1-27所示。计量单位符号如下：功率（W）；电压（V）；电流强度（A）。

1.1.8　并联电路

在并联电路中适用下列定律（图1-1-28）：

① 所有的电阻（用电器）承载相同的电压。

U=U₁=U₂=…

② 总电流等于所有分电流之和。

I=I₁+I₂+…

③ 总电阻的倒数等于所有分电阻的倒数之和。

④ 总电阻总是小于最小的分电阻。

1.1.9　串联电路

在串联电路中适用下列定律（图1-1-29）：

① 流经所有电阻（用电器）的电流相等。

I=I₁=I₂=…

② 总电压等于分电压之和。

U=U₁+U₂+…

③ 总电阻等于分电阻之和。

R=R₁+R₂+…

1.1.10　混联电路

如果要确定混联电路中的电路等效电阻或总电阻，建议分多个步骤进行计算。如图1-1-30所示，计算并联电阻R₂（20Ω）、R₃（20Ω）、R₄（30Ω）、R₅（30Ω）的等效电阻R_p的方法如下。

适用以下公式：

代入数值，得

即

故 R_p=6Ω