1.4 萬用表常用測量參數與電路基礎知識

1. 什么是電壓

電壓就是電路兩點間存在的電位差，用字母U表示。電壓的使用單位為伏特，簡稱伏，用字母V表示。

在電路中，電壓常用 U 表示。電壓的單位是伏（V），也常用毫伏（mV）或者微伏（μV）做單位。1V =1000mV，1mV =1000μV。電壓的高低可以用電壓表來測量。在測量時，需要選擇電壓表指針接近滿偏轉的量程，并且要把電壓表并聯在電路上。如果電路上的電壓大小估計不出來，要先用大的量程，粗略測量后再用合適的量程。這樣可以防止由于電壓過高而損壞電壓表。

電壓可以分為直流電壓和交流電壓兩種。

直流電壓（Directcurrent，DC）是指在電路中方向不隨時間做周期性變化的電流（但電流大小可能不固定從而產生波形）。普通干電池、充電電池、蓄電池所供應的電壓就是直流電。

測量直流電路中電流、電壓、電阻、電源電動勢等物理量的儀表稱為直流儀表。常用的有靈敏電流表（G表）、電流表、電壓表、電橋等。

交流電（Alternatingcurrent，AC），即是指大小和方向隨時間做周期性變化的一種電流。交流電壓會周期性地改變方向（這個周期稱為交流電頻率，我國采用的交流電頻率為50Hz，即電流每秒做50次正負極的循環交替）。

交流電的波形可以是正弦波（Sinewave）、方形波（Squarewave）或鋸齒形波（Sawtooth-wave），某些交流電的波形是不規則的。家庭用戶使用的交流電是正弦波。

交流電的電壓可以用變壓器改變，這樣電壓就可以在傳送或分配時進行提升或下調。在遠距離的傳送中，高電壓比低電壓在導電體內損耗的能量少，故傳送效能較高。

我們平常說某一用電器上的交流電壓是220V，這個電壓是交流電的有效值（Root-meansquarevalue），也稱“均方根值”，它相當于在純電阻中消耗相同能量的直流電壓（讓交流電和直流電通過同樣阻值的電阻，如果它們在相同的時間內即一個周期產生的熱量相等，就把這一直流電的量值稱為該交流電的有效值）。

在一個正弦波交流電壓中，除了有效值電壓外，還有峰值（Peakvalue，又稱瞬時值或者最大值）和平均值。瞬時值（Instantaneousvalue）就是電壓在某個時間的數值。而交流電壓的平均值（Averagevalue）是指在其正半周中所有瞬時值的平均值。其實，交流電的有效值和峰值之間是有一定關系的，即峰值=有效值× 1.44。正弦交流電的平均值等于峰值的0.637倍。

交流電的有效值和峰值都具有實用意義：當考慮能量轉化時要用有效值；當考慮用電器的絕緣性能時要用最大值。

由于有些用電器（電視機、音響設備等）只能用直流電才能工作，但是用電池來供電的話就會有很多限制，故這些用電器通常是將交流電降低到合適的電壓并進行整流，變為直流電后來進行供電。

2. 什么是電流

電荷的定向移動叫做電流。電流分直流和交流兩種：電流的大小和方向不隨時間變化的叫做直流；電流的大小和方向隨時間變化的叫做交流。電流常用字母I表示，電流的單位是安培（簡稱安，用字母A表示）。電流也常用毫安（mA）或者微安（μA）做單位。1A=1000mA，1mA=1000μA。

電流可以用電流表進行測量。在測量時，要選擇電流表指針接近滿偏轉的量程，并把電流表串聯在電路中。

3. 什么是電功率

電流在單位時間內做的功稱做電功率。是用來表示消耗電能的快慢的物理量，用P表示，它的單位是瓦特（Watt），簡稱瓦，符號是W。

作為表示消耗電能快慢的物理量，一個用電器功率的大小等于它在1s內所消耗的電能。如果在“t”這么長的時間內消耗的電能為“W”，那么這個用電器的電功率就是P =W/t （定義式），通常計算電功率的公式采用電壓與電流的乘積P=U ×I。每個用電器都有一個正常工作的電壓值叫額定電壓，用電器在額定電壓下正常工作的功率稱做額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率稱做實際功率。

常用家用電器的電功率、工作電流和電壓如表1-11所示。

電力公司計算供應電能的單位是千瓦·時（kilowatt-hour，kW·h）。1kW·h的電能相等于電功率為1000W的電器在一小時內耗用的電能。一千瓦小時的電能稱為一度電。電力公司輸給用戶的電能，先經過電能表，然后才輸入室內。電能表是用千瓦小時做計算單位的，新式的電能表采用易讀的數字來顯示用量。

日常生活中，我們只要知道電器的電功率，便可把用電器在一段時間內的耗電量計算出來。例如，一個電功率為3kW的電爐連續工作2h，便會消耗3kW×2=6kW·h的電能，電表的讀數便會增加6度。

4. 什么是增益

增益是指在電子放大設備中，表示放大倍數的一個參數，一般用輸出功率同輸入功率之比值的對數表示，單位為分貝（dB）。

通常放大器在相串的情況下，放大倍數是相乘的，dB數是相加的，比如說一部前級的放大器，當輸入信號電壓為0.1V時，而輸出電壓為1V，這種稱為10倍放大器，也就是具有20dB的放大能力，如果以0.1V的輸入而能有10V的輸出時，此放大器為百倍放大，也就是40dB放大能力。常用的放大倍數和dB之間的關系及換算如表1-12所示。

5. 什么是靈敏度

靈敏度是指無線電接收設備或電子儀器對微小外加信號的敏感程度。如無線電接收機的靈敏度，是指接收機在規定輸出下所能接收的最微弱的電信號。它是衡量接收機質量的一個重要技術指標，靈敏度越高，接收能力就越強。

在音響設備中，靈敏度是衡量音箱效率的一個指標，它與音箱的音質和音色都無關。普通音箱的靈敏度一般在85～90dB（分貝）之間，高檔音箱則在100dB以上。靈敏度的大小在一定程度上反映了音箱推動的難易。對于專業音箱，特別在作遠距離擴聲中（如大型廳堂、體育場館等），音箱靈敏度也是必須重視的指標之一。這是因為要達到同樣大小的放聲聲壓級，采用較高的靈敏度就可大大減輕率放大器的功率容量。通常情況下，專業音箱的靈敏度都在95dB/m·W以上，甚至高達120dB/m·W，而家用音箱的只要在86～92dB/m·W之間即可滿足需要。

6. 什么是阻抗

阻抗是音響行業中最常看到的一個術語，但是它到底所指何意呢？許多人在看到揚聲器標示的阻抗值是4Ω或8Ω時，通常會拿起萬用表測量揚聲器兩個接線端子之間的電阻，可惜絕大部分的人都會感到失望——萬用表電阻擋量出來的結果并不是和揚聲器上面所標示的一致。那到底是什么原因呢？

阻抗與電阻不是完全一致的。簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗；復雜一點的話，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電路中，物體對電流阻礙的作用稱做電阻。世界上所有的物質都有電阻，只是電阻值存在大小差異而已。

在交流電路中，除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱為電抗（即抵抗電流的作用），電容及電感的電抗分別稱做電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。電抗的計量單位與電阻一樣是歐姆（Ω），而其值的大小則和交流電的頻率有關，頻率越高則容抗越小感抗越大，頻率越低則容抗越大而感抗越小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關系式，因此阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

音響器材中常用的有揚聲器的阻抗，音箱的阻抗、后級功率放大器輸入阻抗，前級放大器輸出阻抗、信號導線的傳輸阻抗（或稱特性阻抗）等。

揚聲器的阻抗指當輸入1kHz的正弦波信號時，揚聲器線圈呈現的阻抗值；或是在揚聲器的工作頻率響應范圍內的一個平均阻抗值。揚聲器的阻抗不是一個固定值，而是隨著頻率的變化而變化。

7. 什么是電路

由金屬導線和電氣及電子元器件組成的導電回路稱為電路（Electricalcircuit），電路又稱電子回路。

根據所處理信號的不同，電子電路可以分為模擬電路和數字電路。

由自然界產生周期性變化的連續性的物理自然變量，再將連續性物理自然變量轉換為連續的電信號，并通過運算連續性電信號的電路即稱為模擬電路。模擬電路主要運算連續性電信號。模擬電路對電信號的連續性電壓、電流進行處理。

典型的模擬電路主要有放大電路、振蕩電路、線性運算電路（加法、減法、乘法、除法、微分和積分電路）。

將連續性的電信號，轉換為不連續性定量的電信號，并運算不連續性定量電信號的電路，稱為數字電路。數字電路又稱為邏輯電路，數字電路中，信號大小為不連續并定量化的電壓狀態。

數字電路主要運算不連續性定量電信號，多數采用布爾代數邏輯電路對定量后信號進行處理。典型數字電路有振蕩器、寄存器、加法器、減法器等。

一個完整的設備電路通常由多個具體的功能電路組合完成，例如，一臺功放機的電路分為前置信號處理電路、信號切換電路、功率放大電路、保護電路、電源電路等功能電路部分。

電路由電源、負載、連接導線和輔助設備四大部分組成。

電源是提供電能的設備。電源的功能是把非電能轉變成電能。例如，電池是把化學能轉變成電能；發電機是把機械能轉變成電能。在電路中電源電路就是負責為整個設備供電的電路，這個電路的功能是把電池或者220V交流電轉換為各設備具體功能電路。

在電路中使用電能的各種設備統稱為負載。負載的功能是把電能轉變為其他形式能。例如，電爐把電能轉變為熱能；電動機把電能轉變為機械能等。通常使用的照明器具、家用電器、機床等都可稱為負載。在具體的電路中，接在某一部分功能電路后面的設備或者電路就是它的負載。連接導線用來把電源、負載和其他輔助設備連接成一個閉合回路，起著傳輸電能的作用。在實際的設備中，電路板中的銅箔就充當了把各個元器件或者功能電路連接起來的導線。輔助設備是用來實現對電路的控制、分配、保護及測量等作用的功能部件。輔助設備包括各種開關、熔斷器及測量儀表等。

電路主要有三個狀態。

（1）開路，也稱斷路，因為電路中某一處因中斷，沒有導體連接，電流無法通過，導致電路中電流消失，一般對電路無損害。

（2）短路，電源未經過任何負載而直接由導線接通成閉合回路，易造成電路損壞，電源瞬間損壞，溫度過高燒壞導線、電源等。

（3）通路，電流導通的回路。

8. 什么是并聯電路

并聯（Inparallel）電路是指電路中的兩個（或者多個）元器件并列地連接在一起，如圖1-21所示。

并聯電路中干路中的總電流等于各支路中電流之和：I=I1 +I2 +I3；

并聯電路中各支路兩端的電壓都相等：U1 =U2 =U3 =U；

并聯電路中，總電阻的倒數，等于各支路電阻的倒數之和：。

并聯電路中的電阻起分流作用，電流的分配與電阻成反比： 。

并聯電路中各支路中的電功率、電功與電阻成反比： 。

9. 什么是串聯電路

串聯（Inseries）電路是指電路中的兩個（或者多個）元器件成串地連接在一起，如圖1-22所示。

串聯電路中電流強度處處相等：I=I1 =I2 =I3；

串聯電路兩端的總電壓等于各串聯導體兩端的電壓之和：U=U1 +U2 +U3；

串聯電路的總電阻等于各串聯導體的電阻之和：R=R1 +R2 +R3；

串聯電路中的電阻起分壓作用，電壓的分配與電阻成正比：U1∶U2∶U3 =IR1∶IR2∶IR3 =R1∶R2∶R3；

串聯電路中的電功率、電功與電阻成正比：P1∶P2∶P3 =I2 R1∶I2 R2∶I2 R3 =R1∶R2∶R3，W1∶W2∶W3 =I2 R1 t∶I2 R2 t∶I2 R3 t=R1∶R2∶R3。

10. 什么是混聯電路

在實際電路中還有混聯電路，這種電路就是將并聯電路和串聯電路混在一起構成一個具體的電路，如圖1-23所示。

在計算混聯電路時要先繪制出混聯電路的等效電路。畫等效電路圖即是等效替代的方法，對復雜電路進行等效變換的原則通常如下：

（1）無阻導線可縮成一個連接點，一個連接點也可以延展成無阻導線；

（2）無工作電流的支路簡化時可以去掉；

（3）電動勢相同的點可以合并；

（4）理想電流表可以認為短路，理想的電壓表可認為斷路，電壓穩定時，電容器連接處可認為斷路。

圖1-24的電路就是一個復雜的混聯電路示意簡化圖。