1.2 电路结构

1.2.1 电路的组成

每个电路都具有三个基本量——电压、电流和电阻。这三个量取决于各器件在实际电路中所设置的部位。

组成电路的组件包括：电能源（电源）、保护设备、导线、控制设备和负载设备。

电源为电路提供电压，使导线中的自由电子移动。电源也常被认为是能量供给。常用的电源分为两种：直流电源（DC）和交流电源（AC）。

物质中电子的定向运动就会形成电流。电源的极性决定了电路中电流的方向，电流的方向被定义为从正极到负极。同时电源提供的电压大小决定了电路中电流的大小。电路中的电流总是保持相同的方向。这种类型的电源称为直流电源，任何使用直流电源的电路都是直流供电电路，如电池供电电路就是直流供电电路。当电源极性是交替变换的，电路中电流的方向也将交替变化。这种类型的电源称为交流电源，任何使用交流电源的电路都是交流供电电路。

注：对于信号处理电路来说，放大或处理交流信号的电路是交流放大（处理）电路。放大或处理直流信号（或包含直流分量）的电路是直流放大（处理）电路。这个概念与电源供电电路是不同的。

保护设备的目的是为了保护电路配线和器件。保护设备只允许在安全限制内的电流通过。当有超过额定电流量的电流（过载电流）通过时，保护设备会自动切断电路。常用的两种保护设备是熔断器和断路器（断路开关）。通常保护设备都是电压电源或能量供给设备的组成部分，如图1-3所示。

导体或导线用于在各部件间形成通路。导线（导体）是为电器元件和设备供电的通路，本身的电阻极小。

控制设备通常被设置在电路中允许用户简单地开启、关闭或切换电流。通常控制设备包括开关、调节装置（温度）和灯的调光器等。

负载是电路的一部分，它实现了电能的转换。负载可以将电能转换为用户所期望的功能或电路的有用功。为了实现其功能，它需要将电能转换为其他形式的能。常见的负载设备包括灯、发动机、发热机、电阻器等，如图1-4所示。

所有传导电流的部件都具有一定量的电阻。然而，在大多数电路中电路导线和电源的电阻很小，甚至为零，因此在负载设备中综合电阻是电路的主要负载电阻。

负载的额定电功率决定它从电源得到的能量。因此，负载这个词既表示负载设备得到的能量，也代表负载设备从电源处消耗的能量。

2．简单电路

通常，电路是由电源、负载和中间环节（导线和开关）三部分组成的。

① 电源（供能元件）：电路中提供电能的装置，如发电机、电池或蓄电池等。

② 负载（耗能元件）：在电路中使用（消耗）电能的设备和器件，如电动机、电灯等。

③ 中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件，如连接导线、开关设备、测量设备及各种继电保护设备等。

由理想元件构成的电路叫作电路模型，也叫作实际电路的电路原理图，简称为电路图。

理想元件：电路往往是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件（模型）来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑，常用的理想元件及符号见表1-1。

理想电路元件分为无源元件和有源元件两大类，无源元件主要有如下三种。

① 电阻元件：只具有耗能的电特性。

② 电感元件：只具有储存磁能的电特性。

③ 电容元件：只具有储存电能的电特性。

有源元件主要有如下两种。

① 理想电压源：输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定。

② 理想电流源：输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。

我们已经知道，电路就是一个可以提供电子流动的闭合通路。简单电路就是只有一个控制设备、一个负载设备和一个电源的电路。例如，一个灯泡，一个电源和一个开关就可以组成一个简单电路。电路中每个部件都相互连接，或者用导线首尾相连。整个简单电路用开关来控制其断开或连接。当开关闭合时，电流可以流通，灯泡就亮，如图1-5（a）所示，当灯泡亮起的时候，灯泡处的电压与电源电压相同。当开关打开时，电流被切断灯泡熄灭，如图1-5（b）所示。

1.2.2 电路的功能及状态

在电力系统中，电路可以实现电能的传输、分配和转换，如图1-6所示。电路将电能由电源经导线传输到相应用电设备，转换成光能、热能和机械能等。此类电路电压相对较高，电流及功率较大，习惯上称之为“强电”电路。

电路有通路、开路和短路三种状态，如图1-7所示。

① 通路（闭路）：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。

②开路（断路）：电源与负载断开电路中没有电流通过，又称为空载状态。

③短路（捷路）：电源两端被直接连接，电源输入的电流不能供给负载而直接短路。因此电流急增对电源来说属于严重过载，如果电路中没有保护措施，则电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、熔丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。