1.2 電路結構

1.2.1 電路的組成

每個電路都具有三個基本量——電壓、電流和電阻。這三個量取決于各器件在實際電路中所設置的部位。

組成電路的組件包括：電能源（電源）、保護設備、導線、控制設備和負載設備。

電源為電路提供電壓，使導線中的自由電子移動。電源也常被認為是能量供給。常用的電源分為兩種：直流電源（DC）和交流電源（AC）。

物質中電子的定向運動就會形成電流。電源的極性決定了電路中電流的方向，電流的方向被定義為從正極到負極。同時電源提供的電壓大小決定了電路中電流的大小。電路中的電流總是保持相同的方向。這種類型的電源稱為直流電源，任何使用直流電源的電路都是直流供電電路，如電池供電電路就是直流供電電路。當電源極性是交替變換的，電路中電流的方向也將交替變化。這種類型的電源稱為交流電源，任何使用交流電源的電路都是交流供電電路。

注：對于信號處理電路來說，放大或處理交流信號的電路是交流放大（處理）電路。放大或處理直流信號（或包含直流分量）的電路是直流放大（處理）電路。這個概念與電源供電電路是不同的。

保護設備的目的是為了保護電路配線和器件。保護設備只允許在安全限制內的電流通過。當有超過額定電流量的電流（過載電流）通過時，保護設備會自動切斷電路。常用的兩種保護設備是熔斷器和斷路器（斷路開關）。通常保護設備都是電壓電源或能量供給設備的組成部分，如圖1-3所示。

導體或導線用于在各部件間形成通路。導線（導體）是為電器元件和設備供電的通路，本身的電阻極小。

控制設備通常被設置在電路中允許用戶簡單地開啟、關閉或切換電流。通常控制設備包括開關、調節裝置（溫度）和燈的調光器等。

負載是電路的一部分，它實現了電能的轉換。負載可以將電能轉換為用戶所期望的功能或電路的有用功。為了實現其功能，它需要將電能轉換為其他形式的能。常見的負載設備包括燈、發動機、發熱機、電阻器等，如圖1-4所示。

所有傳導電流的部件都具有一定量的電阻。然而，在大多數電路中電路導線和電源的電阻很小，甚至為零，因此在負載設備中綜合電阻是電路的主要負載電阻。

負載的額定電功率決定它從電源得到的能量。因此，負載這個詞既表示負載設備得到的能量，也代表負載設備從電源處消耗的能量。

2．簡單電路

通常，電路是由電源、負載和中間環節（導線和開關）三部分組成的。

① 電源（供能元件）：電路中提供電能的裝置，如發電機、電池或蓄電池等。

② 負載（耗能元件）：在電路中使用（消耗）電能的設備和器件，如電動機、電燈等。

③ 中間環節：電源和負載之間不可缺少的連接、控制和保護部件，如連接導線、開關設備、測量設備及各種繼電保護設備等。

由理想元件構成的電路叫作電路模型，也叫作實際電路的電路原理圖，簡稱為電路圖。

理想元件：電路往往是由電特性相當復雜的元器件組成的，為了便于使用數學方法對電路進行分析，可將電路實體中的各種電器設備和元器件用一些能夠表征它們主要電磁特性的理想元件（模型）來代替，而對它的實際上的結構、材料、形狀等非電磁特性不予考慮，常用的理想元件及符號見表1-1。

理想電路元件分為無源元件和有源元件兩大類，無源元件主要有如下三種。

① 電阻元件：只具有耗能的電特性。

② 電感元件：只具有儲存磁能的電特性。

③ 電容元件：只具有儲存電能的電特性。

有源元件主要有如下兩種。

① 理想電壓源：輸出電壓恒定，輸出電流由它和負載共同決定。

② 理想電流源：輸出電流恒定，兩端電壓由它和負載共同決定。

我們已經知道，電路就是一個可以提供電子流動的閉合通路。簡單電路就是只有一個控制設備、一個負載設備和一個電源的電路。例如，一個燈泡，一個電源和一個開關就可以組成一個簡單電路。電路中每個部件都相互連接，或者用導線首尾相連。整個簡單電路用開關來控制其斷開或連接。當開關閉合時，電流可以流通，燈泡就亮，如圖1-5（a）所示，當燈泡亮起的時候，燈泡處的電壓與電源電壓相同。當開關打開時，電流被切斷燈泡熄滅，如圖1-5（b）所示。

1.2.2 電路的功能及狀態

在電力系統中，電路可以實現電能的傳輸、分配和轉換，如圖1-6所示。電路將電能由電源經導線傳輸到相應用電設備，轉換成光能、熱能和機械能等。此類電路電壓相對較高，電流及功率較大，習慣上稱之為“強電”電路。

電路有通路、開路和短路三種狀態，如圖1-7所示。

① 通路（閉路）：電源與負載接通，電路中有電流通過，電氣設備或元器件獲得一定的電壓和電功率，進行能量轉換。

②開路（斷路）：電源與負載斷開電路中沒有電流通過，又稱為空載狀態。

③短路（捷路）：電源兩端被直接連接，電源輸入的電流不能供給負載而直接短路。因此電流急增對電源來說屬于嚴重過載，如果電路中沒有保護措施，則電源或電器會被燒毀或發生火災，所以通常要在電路或電氣設備中安裝熔斷器、熔絲等保險裝置，以避免發生短路時出現不良后果。