1.3　电路图中的电工基础知识

1.3.1　电路图中最简单的电路模型

（1）电路及组成

什么是道路？行人与车辆所走的路称为道路。什么是水路？水流所通过的渠道称为水路。

同样道理，电流所通过的路径称为电路。电路示意图如图1-20所示。

任何一个完整的实际电路，总是由电源、负载、导线及开关四个基本部分组成的。那各部分的主要功能是什么？

电源：提供电能的设备。其作用是把其他形式的能量转化为电能。常见的有干电池、蓄电池、光电池、锂离子电池、发电机等。

负载：各种用电设备的通称。其作用是将电能转化为其他形式的能量。如电灯泡、电风扇、电动机、电加热器等。

导线：连接电源和负载，输送和分配电能。导线常用的是铜线和铝线，在弱电中（印制线路板）常用印制铜箔作为导线。

开关：控制电路的导通（ON）和断开（OFF）。常用的有闸刀开关、拉线开关、按钮开关、拨动开关、空气开关等，在弱电中常采用电子开关来替代机械性开关。

（2）简单电路图模型

从道路的交通图[图1-21（a）]想到电路图，电路可以用电器的原形来表示，但大家可以想象画起来就太麻烦了。复杂问题的解决应简单化，为便于分析和研究电路，用统一规定的图形符号代替实物，这样画出来的接线图称为电路图或原理图。于是，图1-20的实物图就可以画为图1-21（b）的电路图了。可不要小看了这个简单的电路图，因为一切电路图都可以用它来等效。

1.3.2　电路的状态

电路的好坏即电路的工作情况如何？可以用电路状态来表示，电路的三种状态如图1-22所示。

①通路（闭路）：电源与负载接通，电路中有正常的电流通过，电气设备获得一定的电压和电功率。如图1-22中开关S置于“1”上。必须注意，处于通路状态的各种电气设备的电压、电流、功率等不能超过其额定值。

②断路（开路）：电路断开，电路中无电流通过，又称空载状态。如图1-22中开关S置于“2”上。实际中，电气设备之间、电气设备与导线之间接触不良也会使电路处于断路状态。

③短路：电源两端未经负载直接由导线相连接。如图1-22开关S置于“3”上。此时，电路中电流过大，对电源来说属于严重过载，导致烧坏电源或其他设备，所以通常要在电路中安装熔断器（保险丝）等保护装置，严防电路发生意外短路。

1.3.3　电流

实际上电路的工作与水流的情景极其相似，只不过在电路中是电流在流动的。电荷的定向移动就形成了电流。电流的分类方式较多，按波形可分为直流电流、交流电流和脉动电流等三大类。电流的波形可以用示波器测量。凡大小和方向都不随时间而变化的电流，称为稳恒电流，简称直流，用DC表示，示波器中的直流电如图1-23（a）所示，电池即属于这种类型；凡大小和方向都随时间而变化的电流，称为交变电流，简称交流，用AC表示，示波器中的交流电如图1-23（b）所示，日常生活中家用电器及照明使用的电流即属于这种类型；凡电流的大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流称为脉动电流，示波器中的脉动电流如图1-23（c）所示，某些蓄电池充电电流即属于这种类型。

1.3.4　电位、电压、电动势

（1）电位

电流与水流相似，如图1-24所示。水总是从高水位流向低水位，同样，在外电路中，电流是从高电位流向低电位，说明电路中各点也有一定的电位。水位是一个相对值，是相对于其基准点（或参考点）而言的，同理，电位也是一个相对值，是相对于其参考点（零电位点）而言的。

为了求得电路中各点的电位值，必须选择一个参考点，参考点的电位规定为0，这样，高于参考点的电位为正电位，低于参考点的电位为负电位。通常以大地或机壳为参考点，分别用符号“⊥”或”来表示。

电位通常用V（或U）带下标的文字符号表示，如Va、Vb、Ua、Ub等。电位的单位名称是伏特，简称伏，用V表示。

应注意：参考点改变时，电路中各点的电位值也将随之改变。

（2）电压

电路中两点之间的电位之差，称为该两点间的电压，也称电位差。通常用带下标的符号V表示，如Vab表示a、b两点间的电压，即

Vab=Va-Vb

同理，Vab=-Vba

两处之间水的流动是需要水位差，同样道理，两点之间电流的流动则需要电位差，电压（电位差）是推动导体中电流流动的动力，是形成电流的条件。水位、电位和电位差示意图如图1-25所示。

电压的方向规定为从高电位指向低电位，即电位降低的方向。因此，电压也称电压降。

电压按照波形分类主要有直流电压和交流电压，此外还有方波、矩形波、锯齿波、钟形波等信号电压，波形图如图1-26所示。

（3）电动势

河水之所以能持续流动，是因为上、下游之间有恒定的水位差；下游水是否可以流入上游？可以，但必须有抽水机。同理，电荷要想持续流动形成持续电流，也必须存在恒定的电位差，这个“恒定的电位差”就是电源。

简单地说电动势是电路中产生电流的力。电动势可以由包括化学（蓄电池）、磁（发电机）、热（热偶元件）、光（光电器件）、机械压力（石英晶体）在内的许多效应产生。

电动势有方向，电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极，如图1-27所示。

1.3.5　元件的串联

若干个元件首尾依次相连，串成一串，使电流只有一条通路的连接方式叫元件的串联，如图1-28所示是电阻、电灯的串联。

一些节日挂在树上的灯泡就是多个串联的负载，如图1-29所示。对于这些灯泡而言，如果其中一个损坏了，其他灯泡都将无法点亮。

1.3.6　元件的并联

若干个元件一端连在一起，另一端也连在一起，并成一排，使每个元件两端都承受同一电压的连接方式叫元件的并联。如图1-30所示。

并联负载电路在实际工作中应用也较多，如凡额定电压相同的负载都采用并联连接，这样任何一个负载的启动和关断都互不影响。如家庭中用的电灯、洗衣机、电风扇、电磁灶、电冰箱、电视机等都是采用并联连接方式，如图1-31所示。