????電源是將其他形式能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置,如蓄電池、發(fā)電機(jī)和信號(hào)源。它們可將化學(xué)能、機(jī)械能、水能、原子能等能量轉(zhuǎn)換為電能。
????負(fù)載是將電能轉(zhuǎn)換成非電形態(tài)能量的用電設(shè)備,如電動(dòng)機(jī)、照明燈、電爐等。它們可將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能和熱能。
????中間環(huán)節(jié)包括聯(lián)結(jié)導(dǎo)線(xiàn)、控制開(kāi)關(guān)和保護(hù)裝置等,主要起傳輸、控制、分配與保護(hù)作用。
????例如,手電筒這種最簡(jiǎn)單的電路就由這三部分構(gòu)成,電池是電源部分,燈珠就是負(fù)載,手電筒的金屬外殼和按鍵就是中間環(huán)節(jié)。
????再舉一個(gè)常見(jiàn)的例子——擴(kuò)音機(jī),其電路示意圖如圖1-1所示。先由話(huà)筒把語(yǔ)言或音樂(lè)(通常稱(chēng)為信息)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓和電流,它們就是電信號(hào)。而后通過(guò)電路傳遞到揚(yáng)聲器,把電信號(hào)還原為語(yǔ)言或音樂(lè)。由于話(huà)筒輸出的電信號(hào)比較微弱,不足以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音,因此中間還要用放大器來(lái)放大。在圖1-1中,話(huà)筒是輸出信號(hào)的設(shè)備,稱(chēng)為信號(hào)源,相當(dāng)于電源,但與上述的發(fā)電機(jī)、電池等電源不同,信號(hào)源輸出的電信號(hào)(電壓和電流)的變化規(guī)律取決于所加的信息。揚(yáng)聲器是接受和轉(zhuǎn)換信號(hào)的設(shè)備,也就是負(fù)載。
?????電路的基本物理量及其參考方向:電路中涉及的物理量主要有電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)、電位和功率,在進(jìn)行電路的分析和計(jì)算時(shí),需要知道電壓和電流的方向。關(guān)于電壓和電流的方向,有實(shí)際方向和參考方向之分,要加以區(qū)別。
????在國(guó)際單位制中,電流這個(gè)物理量的單位是安培(庫(kù)侖/秒),簡(jiǎn)稱(chēng)“安”,用大寫(xiě)字母“A”表示。另外還有毫安(mA)、微安(μA),它們的換算關(guān)系如下。 ????既然電流是由帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)而形成的,那么電流就是一個(gè)既有大小,又有方向的物理量。
????我們習(xí)慣上規(guī)定正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。
????因?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向可能是未知的,也可能是隨時(shí)間變動(dòng)的,所以有必要指定電流的參考方向。圖1-2表示一個(gè)電路的一部分,其中的長(zhǎng)方框表示一個(gè)二端元件。流過(guò)這個(gè)元件的電流為i,其實(shí)際方向或是由A到B,或是由B到A。在該圖中用實(shí)線(xiàn)箭頭表示電流的參考方向,它不一定就是電流的實(shí)際方向。如果電流i的實(shí)際方向是由A到B,如圖 1-2(a)中虛線(xiàn)箭頭所示,它與參考方向一致,則電流為正值,即i>0。在圖1-2(b)中,指定電流的參考方向自B到A(見(jiàn)實(shí)線(xiàn)箭頭),如果電流的實(shí)際方向是由A到B(見(jiàn)虛線(xiàn)箭頭),兩者不一致,故電流為負(fù)值,即i<0。這樣,在指定的電流參考方向下,電流值的正和負(fù)就可以反映出電流的實(shí)際方向。?
??? 所以,在今后分析與計(jì)算電路時(shí),都要在電路中標(biāo)出有關(guān)支路電流的參考方向。這樣,最后計(jì)算出來(lái)的電流值的正負(fù)才有意義。
????電壓這個(gè)物理量,是用來(lái)表示電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做功本領(lǐng)的。a、b兩點(diǎn)之間的電壓Uab,在數(shù)值上就等于電場(chǎng)力將單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功。
????電動(dòng)勢(shì)是用來(lái)表示電源移動(dòng)電荷做功本領(lǐng)的物理量。電源的電動(dòng)勢(shì) ,在數(shù)值上等于電源把單位正電荷從負(fù)極b(低電位)經(jīng)由電源內(nèi)部移到電源的正極a(高電位)所做的功。電源的符號(hào)如圖 1-3所示。在國(guó)際單位制中,電壓和電動(dòng)勢(shì)的單位都是伏特(焦耳/庫(kù)侖),簡(jiǎn)稱(chēng)“伏”,用大寫(xiě)字母“V”表示。另外還有千伏(kV)、毫伏(mV)和微伏(μV),它們的換算關(guān)系如下。
??????????????????????????????????????????????????????? 1 V=103mV=106μV
????????????????????????????????????????????????????????? 圖1-3 關(guān)聯(lián)參考方向
????電壓的實(shí)際方向規(guī)定為由高電位(“+”極性)端指向低電位(“-”極性)端,即為電位降低的方向。電源電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向規(guī)定為在電池內(nèi)部由低電位(“-”極性)端指向高電位(“+”極性)端,即為電位升高的方向。和電流一樣,在較為復(fù)雜的電路中,我們也往往無(wú)法先確定它們的實(shí)際方向(或者極性)。因此,在電路圖上所標(biāo)出的也都是電動(dòng)勢(shì)和電壓的參考方向。若參考方向與實(shí)際方向一致,則其值為正;若參考方向與實(shí)際方向相反,則其值為負(fù)。
????原則上參考方向是可以任意選擇的,但是在分析某一個(gè)電路元件的電壓與電流的關(guān)系時(shí),需要將它們聯(lián)系起來(lái)選擇,這樣設(shè)定的參考方向稱(chēng)為關(guān)聯(lián)參考方向。今后在單獨(dú)分析電源或負(fù)載的電壓與電流關(guān)系時(shí),選用圖1-3所示的關(guān)聯(lián)參考方向,其中負(fù)載中電流的參考方向是由電壓參考方向所假定的由高電位流向低電位的,符合這一規(guī)定的參考方向稱(chēng)為關(guān)聯(lián)參考正方向。電源中電壓的參考方向與電動(dòng)勢(shì)參考方向相反,電流的參考方向是由電壓或電動(dòng)勢(shì)的參考方向所假定的由低電位經(jīng)電源內(nèi)部流向高電位的。
????原則上,參考點(diǎn)可以任意選擇,但為了統(tǒng)一起見(jiàn),工程上常選大地為參考點(diǎn)。機(jī)殼需要接地的設(shè)備,可以把機(jī)殼選作電位的參考點(diǎn)。有些電子設(shè)備,機(jī)殼雖不一定接地,但為分析方便起見(jiàn),可以把它們當(dāng)中元件匯集的公共端或公共線(xiàn)選作參考點(diǎn),也稱(chēng)為“地”,在電路圖中用“⊥”表示。
????【例1-1】 求圖1-4所示電路中開(kāi)關(guān)S閉合和斷開(kāi)兩種情況下a、b、c三點(diǎn)的電位。
????在電路的分析和計(jì)算中,功率的計(jì)算是十分重要的。這是因?yàn)橐环矫骐娐吩诠ぷ鳡顟B(tài)下總伴隨有電能與其他形式能量的相互交換;另一方面,電氣設(shè)備、電路部件本身都有功率的限制,在使用時(shí)要注意其電流值或電壓值是否超過(guò)額定值,超載會(huì)使設(shè)備或部件損壞,或不能正常工作。功率是能量轉(zhuǎn)換的速率,電路中任何元件的功率P,都可用元件的端電壓U和其中的電流I相乘求得。不過(guò),在寫(xiě)表達(dá)式求解功率時(shí),要注意U與I的參考方向是否一致。
????在同一個(gè)電路中,發(fā)出的功率和吸收的功率在數(shù)值上是相等的,這就是電路的功率平衡。
????在國(guó)際單位中,功率的單位是瓦特(焦耳/秒),簡(jiǎn)稱(chēng)“瓦”,用大寫(xiě)字母“W”表示,還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等單位。它們的換算關(guān)系如下。
1kW =103 W =106mW
????思考與練習(xí)
????1.求如圖1-6所示的電路中開(kāi)關(guān)S閉合和斷開(kāi)兩種情況下a、b、c三點(diǎn)的電位。
????2.一個(gè)電源的功率,也可用其電動(dòng)勢(shì)E和電流I相乘求得。試說(shuō)明采用此方法計(jì)算的電源功率的正負(fù)值的意義。
????3.求如圖1-7所示電路中通過(guò)恒壓源的電流I1、I2及其功率,并說(shuō)明是起電源作用還是起負(fù)載作用。
圖1-6 思考與練習(xí)1.1.1的圖 圖1-7 思考與練習(xí)1.1.3的圖
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評(píng)論
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