1.1　基本常识

1.1.1　电路与电路图

图1-1（a）是一个简单的实物电路，该电路由电源、开关、导线和灯泡组成。电源的作用是提供电能；开关、导线的作用是控制和传递电能，称为中间环节；灯泡是消耗电能的用电器，它能将电能转变为光能，称为负载。因此，电路是由电源、中间环节和负载组成的。

图1-1（a）为实物电路，但使用实物图来绘制电路很不方便。为此，人们就用一些简单的图形符号代替实物的方法来画电路，这样画出的图形就称为电路图。图1-1（b）所示的图形就是与图1-1（a）对应的电路图。不难看出，用电路图来表示实际的电路非常方便。

1.1.2　电流与电阻

1.电流

在图1-2电路中，将开关闭合，灯泡会发光。为什么会这样呢？当开关闭合时，电源正极会流出大量的电荷，它们经过导线、开关流进灯泡，再从灯泡流出，回到电源的负极。这些电荷在流经灯泡内的钨丝时，钨丝会发热，温度急剧上升而发光。

大量的电荷朝一个方向移动（也称定向移动）就形成了电流，这就像公路上有大量的汽车朝一个方向移动就形成“车流”一样。一般把正电荷在电路中的移动方向规定为电流的方向。图1-2电路的电流方向是：电源正极→开关→灯泡→电源负极。

电流通常用字母“I”表示，单位为安（培），用A表示，比安（培）小的单位有毫安（mA）、微安（μA），它们之间的关系：1A=103mA=106μA。

2.电阻

在图1-3（a）电路中，给电路增加一个元器件——电阻器，发现灯光会变暗，该电路的电路图如图1-3（b）所示。为什么在电路中增加了电阻器后，灯泡会变暗呢？原来电阻器对电流有一定的阻碍，从而使流过灯泡的电流减小，灯泡就会变暗。

导体对电流的阻碍称为该导体的电阻，电阻通常用字母“R”表示，电阻的单位为欧（姆），用Ω表示，比欧（姆）大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们之间关系是：1MΩ=103kΩ=106Ω。

导体的电阻计算公式为

式中，L 为导体长度（m）；S为导体的横截面积（m2）；ρ为导体的电阻率（Ω·m），不同的导体，ρ值一般不同。表1-1列举了一些常见导体的电阻率（20℃时）。在长度L和横截面积S相同的情况下，电阻率越大的导体，其电阻越大。例如，L、S相同的铁导线和铜导线，铁导线的电阻约是铜导线的5.9倍，由于铁导线的电阻率较铜导线大很多，所以为了使负载得到较大电流和减小供电线路损耗，供电线路通常采用铜导线。

导体的电阻除了与材料有关外，还受温度影响。一般情况下，导体温度越高，其电阻越大。例如，常温下灯泡（白炽灯）内部钨丝的电阻很小，通电后钨丝的温度升到1000℃以上，其电阻急剧增大；导体温度下降，其电阻减小，某些金属材料在温度下降到某一值（如−109℃）时，电阻会突然变为零，这种现象称为超导现象，具有这种性质的材料称为超导材料。

1.1.3　电位、电压和电动势

电位、电压和电动势对初学者较难理解，下面通过图1-4来说明这些术语。

在图1-4（a）中，水泵将河中的水抽到山顶的A处，水到达A处后再流到B处，水到B处后流往C处（河中），然后水泵又将河中的水抽到A处，这样使得水不断循环流动。水为什么能从A处流到B处，又从B处流到C处呢？这是因为A处水位较B处水位高，B处水位较C处水位高。

要测量A处和B处水位的高度，必须先找一个基准点（零点），就像测量人身高要选择脚底为基准点一样，这里以河的水面为基准（C处）。A、C之间的垂直高度为A处水位的高度，用HA表示；B、C之间的垂直高度为B处水位的高度，用HB表示。由于A处和B处水位高度不一样，它们之间存在着水位差。该水位差用HAB表示，它等于A处水位高度HA与B处水位高度HB之差，即HAB=HA−HB。为了让A处源源不断有水往B、C处流，需要水泵将低水位的河中的水抽到高处的A点，但水泵这样做是需要消耗能量的（如耗油）。

1.电位

电路中的电位、电压和电动势与上述水流情况很相似。如图1-4（b）所示，电源的正极输出电流，流到A点，再经R1流到B点，然后通过R2流到C点，最后流到电源的负极。

与图1-4（a）水流示意图相似，图1-4（b）电路中的A、B点也有高低之分，只不过不是水位，而称作电位，A点电位较B点电位高。为了计算电位的高低，也需要找一个基准点作为零点。为了表明某点为零基准点，通常在该点处画一个“⊥”符号，该符号称为接地符号。接地符号处的电位规定为0V。电位单位不是米，而是伏（特），用V表示。在图1-5（b）电路中，以C点为0V（该点标有接地符号），A点的电位为3V，表示为UA=3V；B点电位为1V，表示为UB=1V。

2.电压

图1-4（b）电路中的A点和B点的电位是不同的，有一定的差距，这种电位之间的差距称为电位差，又称电压。A点和B点之间的电位差用UAB表示，它等于A点电位UA与B点电位UB的差，即UAB=UA−UB=3V−1V=2V。因为A点和B点电位差实际上就是电阻器R1两端的电位差（即电压），R1两端的电压用UR1表示，所以UAB=UR1。

3.电动势

为了让电路中始终有电流流过，电源需要在内部将流到负极的电流源源不断“抽”到正极，使电源正极具有较高的电位，这样正极才会输出电流。当然，电源内部将负极的电流“抽”到正极需要消耗能量（如干电池会消耗掉化学能）。电源消耗能量在两极建立的电位差称为电动势，电动势的单位也为伏（特），图1-4（b）电路中电源的电动势为3V。

由于电源内部的电流方向是由负极流向正极，故电源的电动势方向规定为从负极指向正极。

1.1.4　电路的三种状态

电路有三种状态：通路、开路和短路，电路的三种状态如图1-5所示。

（1）通路

图1-5（a）中的电路处于通路状态。电路处于通路状态的特点是：电路畅通，有正常的电流流过负载，负载正常工作。

（2）开路

图1-5（b）中的电路处于开路状态。电路处于开路状态的特点是：电路断开，无电流流过负载，负载不工作。

（3）短路

图1-5（c）中的电路处于短路状态。电路处于短路状态的特点是：电路中有很大电流流过，但电流不流过负载，负载不工作。由于电流很大，很容易烧坏电源和导线。

1.1.5　接地与屏蔽

1.接地

接地在电子电路中应用广泛，电路中常用图1-6所示的符号表示接地。

在电子电路中，接地的含义不是表示将电路连接到大地，而是表示：

① 在电路中，接地符号处的电位规定为0V。在图1-7（a）所示的电路中，A点标有接地符号，规定A点的电位为0V。

② 在电路中，标有接地符号处的地方都是相通的。如图1-7（b）所示的两个电路，虽然从形式上看不一样，但电路实际连接是一样的，故两个电路中的灯泡都会亮。

2.屏蔽

在电子设备中，为了防止某些元器件和电路工作时受到干扰，或者为了防止某些元器件和电路在工作时所产生的信号干扰其他电路的正常工作，通常对这些元器件和电路采取隔离措施，这种隔离称为屏蔽。屏蔽常用图1-8所示的符号表示。

屏蔽的具体做法是用金属材料（称为屏蔽罩）将元器件或电路封闭起来，再将屏蔽罩接地。图1-9为带有屏蔽罩的元器件和导线，外界干扰信号无法穿过金属屏蔽罩干扰内部元件和线路。