1.1 电路的基本概念

当打开电视机欣赏精彩节目的时候，供电线路和电视机内部的控制电路等就构成了一个闭合的电流通路，这样眩目的声光效果就产生了。这就是生活中最常见的一个电路。

1.1.1 电路和电路模型

现实生活中电路类型多种多样，结构形式也各不相同。但从大的方面来看电路一般都是由电源、负载和中间环节3部分按照一定方式连接起来的电流路径，如图1-1所示。

电源是电路中提供电能的装置，含有交流电源的电路叫交流电路，含有直流电源的电路叫直流电路。常见的直流电源有干电池、蓄电池及直流发电机等，如图1-2所示。

负载是各种用电设备的总称，它是将电能或电信号转换为需要的其他形式的能量或信号的器件。例如，电灯能将电能转换为光能，电动机能将电能转换为机械能，电视机能将电磁波信号转换为视听信号等，如图1-3所示。

连接电源和负载的部分统称为中间环节，起传输和分配电能的作用。中间环节包括导线和电器控制元件等。导线是连接电源、负载和其他电器元件的金属线，常用的有铜导线和铝导线等，如图1-4所示。电器控制元件是对电路进行控制的电器元件，图1-5所示为空气开关及熔断器等。

实际应用中电路实现的功能是多种多样的，但从总体上可概括为两方面。

（1）进行电能的传输、分配与转换，图1-6（a）所示为电力系统输电电路示意图。其中，发电机是电源，家用电器和工业用电器等是负载，而变压器和输电线等则是中间环节。

（2）信号的传递与处理，图1-6（b）所示为扩音机示意图。其中，话筒是输出信号的设备，称为信号源，相当于电源。但与上述的发电机、电池等电源不同，信号源输出的电压或电流信号取决于其所加的信息。扬声器是负载，放大器等则是中间环节。

采用图1-6所示的电路示意图进行电路分析和计算的方法是很不方便的，所以通常采用一些简单的理想元件来代替实际部件。这样一个实际电路就可以由若干个理想元件的组合来模拟，这样的电路称为实际电路的电路模型。

将实际电路中各个部件用其图形符号来表示，这样画出的图称为实际电路的电路模型图，也称作电路原理图。图1-7所示为手电筒电路及其电路模型图。

建立电路模型的意义十分重要，运用电路模型可以大大简化电路的分析。电路模型图中常用的元件符号如表1-1所示。

电路模型反映了电路的主要性能，忽略了它的次要性能，因此电路模型只是实际电路的近似，是实际电路的理想化模型。

练习题

（1）列举一个电路实例，并说明电路是由哪几部分组成的。

（2）画出所列举的电路实例的电路模型图，说明电路图的基本功能。

1.1.2 电流、电压的参考方向

在物理学中，习惯上规定正电荷定向运动的方向为电流的方向。对于一段电路来说，其电流的方向是客观存在的，是确定的，但在具体分析电路时，有时很难判断出电流的实际方向。为解决这一问题，引入电流参考方向的概念，其具体分析步骤如下。

（1）在分析电路前，可以任意假设一个电流的参考方向，如图1-8中所示的I的方向。

（2）参考方向一经选定，电流就成为一个代数量，有正、负之分。若计算电流结果为正值，表明电流的设定参考方向与实际方向相同，如图1-8（a）所示；若计算电流结果为负值，表明电流的设定参考方向与实际方向相反，如图1-8（b）所示。

在未设定参考方向的情况下，电流的正负值是毫无意义的，本书电路图中所标注的电流方向都是参考方向，而不一定是电流的实际方向。电流的参考方向除了可以用箭头表示，还可以用双下标表示，如Iab表示电流的参考方向由a指向b，而Iba表示电流的参考方向由b指向a。

【例1-1】请说明图1-9所示电流的实际方向。

解：

图1-9（a）电流参考方向为由a到b，I= 2A＞0，为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从a到b；

图1-9（b）电流参考方向为由a到b，I=−2A＜0，为负值，说明电流的实际方向和参考方向相反，即从b到a；

图1-9（c）电流参考方向为由b到a，I= 2A＞0，为正值，说明电流的实际方向和参考方向相同，即从b到a；

图1-9（d）电流参考方向为由b到a，I=−2A＜0，为负值，说明电流的实际方向和参考方向相反，即从a到b。

电压同电流一样，不但有大小，而且是有方向的。电压的方向总是对电路中的两点而言的，如果正电荷从a点移动到b点时释放能量，则a点为高电位，b点为低电位。规定电压的实际方向是由高电位指向低电位的方向。电压方向可以用箭头来表示，也可以用双下标表示，双下标中前一个字母代表正电荷运动的起点，后一个字母代表正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。除此之外还可以用“+”“−”符号来表示电压的方向。图1-10所示为电压方向的3种表示方法。

与电流一样，电路中任意两点之间的电压的实际方向往往不能预先确定，因此在对电路进行分析计算之前，先要设定该段电路电压的参考方向。若计算电压结果为正值，说明电压的参考方向与实际方向一致；若计算电压结果为负值，说明电压的参考方向与实际方向相反。

【例1-2】元件R上电压参考方向如图1-11所示，请说明电压的实际方向。

解：

图1-11（a）因U= 4 V＞0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即电压的方向从a到b；

图1-11（b）因U=−4 V＜0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即电压的方向从b到a；

图1-11（c）因U= 4 V＞0，为正值，说明电压的实际方向和参考方向相同，即电压的方向从b到a；

图1-11（d）因U=−4 V＜0，为负值，说明电压的实际方向和参考方向相反，即电压的方向从a到b。

练习题

（1）电流的正方向是如何规定的，电压的正方向是如何规定的？

（2）判断图1-12中电流的实际方向。

（3）判断图1-13中电压的实际方向。

1.1.3 电路的状态

电路有3种状态，如图1-14所示。

（1）工作状态，也称为有载状态或通路、闭路等。图1-14（a）所示的电路中，当开关S闭合后电源与负载接成闭合回路，电源处于有载工作状态，电路中有电流流过，如图1-15所示。

（2）开路状态，或者称断路状态。图1-14（b）所示的电路中，当开关S断开或电路中某处断开时，电路处于开路状态，被切断的电路中没有电流流过，如图1-16所示。被拉闸的电动机的图形符号如图1-17所示。

（3）短路状态。图1-14（c）所示的电路中，当输出两点接通，电源被短路，此时电源的两个极性端直接相连。电源被短路时会产生很大的电流，有可能造成严重后果，如导致电源因大电流而发热损坏或引起电气设备的机械损伤等，因此要绝对避免电源被短路，如图1-18所示。

练习题 简述电路的3种工作状态，列举实际电路不同情况下对应的不同状态。