1.2　電路元件

1.2.1　電阻、電感和電容

（1）電阻元件

電阻元件簡(jiǎn)稱電阻，是對(duì)電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。線性電阻在電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向下，流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，這是歐姆定律的基本內(nèi)容。即

U=IR　　（1-5）

式中，R為電路中的電阻。

電阻的國(guó)際單位是歐姆（Ω）。當(dāng)電路兩端的電壓為1V時(shí)，流過(guò)的電流是1A，則該段電路的電阻阻值為1Ω。

電阻的倒數(shù)（1/R），稱為電導(dǎo)，用G表示，它的國(guó)際單位為西門子（S）。在電流、電壓參考方向一致時(shí)，歐姆定律也可表示為

I=GU　　（1-6）

線性電阻元件的圖形符號(hào)如圖1-9所示，其伏安特性可采用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，它表示電阻兩端的電壓與流過(guò)電流的關(guān)系，以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，線性電阻的特性是一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖1-10所示。

線性電阻中消耗的功率和能量分別為

P=IU=I2R　　（1-7）

W=Pt=I2Rt　　（1-8）

可見(jiàn)，電能全部消耗在電阻上，并轉(zhuǎn)化為熱能。

知識(shí)拓展：電阻器的識(shí)別及簡(jiǎn)單測(cè)試

（1）電阻器的識(shí)別

當(dāng)元件體積較小時(shí)，一般采用色標(biāo)法。色標(biāo)法是識(shí)別電阻器的普遍方法，是將電阻器的類別及主要技術(shù)參數(shù)用顏色（色環(huán)或色點(diǎn)）標(biāo)注在它的外表面上。優(yōu)點(diǎn)是：可以從任意角度一次性地讀取代表電阻值的顏色信息；在元件彎制和安裝時(shí)不必考慮阻值所標(biāo)的位置。

色標(biāo)法可以分為：色環(huán)法和色點(diǎn)法。其中，最常用的是色環(huán)法。色環(huán)電阻器可分為三環(huán)、四環(huán)、五環(huán)三種標(biāo)法。電阻器色標(biāo)意義見(jiàn)表1-1。

色標(biāo)識(shí)別小口訣：棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白黑，一二三四五六七八九零。

①三環(huán)電阻　三環(huán)電阻的色環(huán)表示標(biāo)稱電阻值，允許誤差均為±20％。例如，色環(huán)為棕黑紅，表示10×102（1±20％）Ω的電阻器。

②四環(huán)電阻　四環(huán)電阻一般是碳膜電阻，用3個(gè)色環(huán)來(lái)表示阻值（前2個(gè)色環(huán)表示有效值，第3個(gè)色環(huán)表示倍率），第4個(gè)色環(huán)表示誤差。

a.判斷色環(huán)電阻的第一條色環(huán)的方法

Ⅰ.表示誤差的色環(huán)比其他色環(huán)稍寬，并且離其他色環(huán)稍遠(yuǎn)。

Ⅱ.最后一環(huán)是誤差環(huán)，一般是金色或銀色。

b.色環(huán)電阻的識(shí)讀方法

第一步：確定首尾（第一環(huán)）。

第二步：確定色環(huán)對(duì)應(yīng)的數(shù)字，如圖1-11所示。

第三步：參照公式計(jì)算阻值R=①②×10③（1±5％）。

第四步：讀數(shù)，標(biāo)稱阻值+允許偏差。

第五步：用萬(wàn)用表測(cè)量實(shí)際值，若與標(biāo)稱阻值接近，說(shuō)明識(shí)讀正確。

例如：四環(huán)電阻器的顏色排列為棕黑黃金，則標(biāo)稱阻值、允許誤差為100kΩ±5％，萬(wàn)用表電阻擋選擇×10k；顏色排列為綠棕黑金，則標(biāo)稱阻值、允許誤差為51Ω±5％，萬(wàn)用表電阻擋選擇×10。

③五環(huán)電阻　五環(huán)電阻一般是金屬膜電阻，為了更好地表示精度，用4個(gè)色環(huán)表示阻值（前3個(gè)色環(huán)表示有效值，第4個(gè)色環(huán)表示倍率），第5個(gè)色環(huán)表示誤差。因此五環(huán)電阻的識(shí)別方法與四環(huán)電阻相同，只是比四環(huán)電阻多一位有效數(shù)字。

例如：五環(huán)電阻器的顏色排列為橙白黑橙棕，則標(biāo)稱阻值、允許誤差為390kΩ±1％；顏色排列為紫綠黑黑棕，則標(biāo)稱阻值、允許誤差為750Ω±1％。

（2）電阻器的簡(jiǎn)單測(cè)試

步驟如下：

①用指針式萬(wàn)用表檢測(cè)時(shí)，為提高測(cè)量精度，應(yīng)根據(jù)被測(cè)電阻標(biāo)稱值的大小來(lái)選擇擋位。由于歐姆擋刻度的非線性關(guān)系，它的中間一段分度較為精細(xì)，因此應(yīng)使指針指示值盡可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范圍內(nèi)，以使測(cè)量更準(zhǔn)確。一般100Ω以下電阻器可選×1擋，100～1000Ω的電阻器可選×10擋，1～10kΩ的電阻器可選×100擋，10～100kΩ的電阻器可選×1k擋，100kΩ以上的電阻器可選×10k擋。

②測(cè)量擋位選擇后，對(duì)萬(wàn)用表電阻擋位進(jìn)行校零，校零的方法是：將萬(wàn)用表兩表筆金屬棒短接，如果指針不在“0”位置，則調(diào)整調(diào)零旋鈕，使表針指向電阻刻度的“0”位置。

③將兩表筆分別與電阻的兩端引腳相接即可測(cè)出實(shí)際電阻值，電阻值=刻度值×倍率。如果表針不動(dòng)、指示不穩(wěn)定或指示值與電阻器上的標(biāo)示值相差很大，則說(shuō)明該電阻器已損壞。

注意：測(cè)試時(shí)，人手不要觸及表筆和電阻的導(dǎo)電部分；被檢測(cè)的電阻若在電路中，至少要焊開(kāi)一端，以免電路中的其他元件對(duì)測(cè)試產(chǎn)生影響；色環(huán)電阻的阻值雖然能以色環(huán)標(biāo)志來(lái)確定，但在使用時(shí)最好還是用萬(wàn)用表測(cè)試一下其實(shí)際阻值。

（2）電感元件

電感元件簡(jiǎn)稱電感，簡(jiǎn)易的電感由導(dǎo)線繞制的線圈構(gòu)成。在電路圖中用字母“L”表示，其圖形符號(hào)如圖1-12所示。

當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，線性電感元件的特性方程為

式中，L稱為線圈的電感，也稱自感，它是電感元件的主要參數(shù)，單位為亨利（H）。

任意時(shí)刻，線性電感元件的電壓與該時(shí)刻電流的變化率成正比。顯然，對(duì)于直流電路，電流不隨時(shí)間變化而變化，即，所以，u=0，相當(dāng)于電感對(duì)直流短路；而對(duì)于交流電路，電壓隨時(shí)間變化而變化，因而具有一定的數(shù)值，產(chǎn)生了電壓降。所以電感元件有通直流阻交流的作用。

在u、i關(guān)聯(lián)參考方向下，線性電感元件吸收的功率為

在0～t時(shí)間內(nèi)，電感元件儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量為

式（1-11）表明，當(dāng)電感元件中的電流增大時(shí)，磁場(chǎng)能量增大，此過(guò)程為電感元件從電源取用電能，并轉(zhuǎn)化為磁能形式儲(chǔ)存；當(dāng)電感元件中的電流減小時(shí)，磁場(chǎng)能量減小，此過(guò)程為電感元件釋放其磁能，存儲(chǔ)和釋放的磁能為。

可見(jiàn)，電感元件是一個(gè)儲(chǔ)能元件，本身不損耗能量，只對(duì)電流的變化起阻礙作用。

知識(shí)拓展：電感線圈識(shí)別及簡(jiǎn)單測(cè)試

（1）電感線圈的識(shí)別

①直標(biāo)法　直標(biāo)法是將電感的標(biāo)稱電感量用數(shù)字和文字符號(hào)直接標(biāo)在電感體上，電感量單位后面的字母表示偏差。

②文字符號(hào)法　文字符號(hào)法是將電感的標(biāo)稱值和偏差值用數(shù)字和字母按一定的規(guī)律組合標(biāo)示在電感體上。采用文字符號(hào)法表示的電感通常是一些小功率電感，單位為μH（微亨）或nH（納亨）。

用μH作單位時(shí)，“R”表示小數(shù)點(diǎn)；用nH作單位時(shí)，“N”表示小數(shù)點(diǎn)。

③色標(biāo)法　電感器的色標(biāo)法多采用色環(huán)表示法。色環(huán)表示法與電阻器類似，是在電感器表面涂上不同顏色的色環(huán)來(lái)代表電感量，通常用三個(gè)或四個(gè)色環(huán)表示。識(shí)別色環(huán)時(shí)，緊靠電感體一端的色環(huán)為第一環(huán)，露出電感體本色較多的另一端為末環(huán)。色環(huán)電感識(shí)別方法與電阻相同。

注意：用這種方法讀出的色環(huán)電感量，默認(rèn)單位為微亨（μH）。

④數(shù)碼表示法　數(shù)碼表示法是用三位數(shù)字來(lái)表示電感量的方法，常用于貼片電感上。三位數(shù)字中，從左至右的第一、第二位為有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示有效數(shù)字后面所加“0”的個(gè)數(shù)。

注意：用這種方法讀出的電感量，默認(rèn)單位也是微亨（μH）。如果電感量中有小數(shù)點(diǎn)，則用“R”表示，并占一位有效數(shù)字。

（2）電感線圈的簡(jiǎn)單測(cè)試

電感線圈的精確測(cè)量要借助專用電子儀表。在不具備專用儀表時(shí)，可以用萬(wàn)用表測(cè)量電感線圈的電阻來(lái)大致判斷其好壞。

①外觀檢查　檢測(cè)電感時(shí)先進(jìn)行外觀檢查、看線圈有無(wú)松散、引腳有無(wú)折斷、線圈是否燒毀或萬(wàn)用表是否有燒焦痕跡等。若無(wú)上述現(xiàn)象，則可以用萬(wàn)用表電阻法進(jìn)一步檢測(cè)電感線圈的好壞。

②萬(wàn)用表電阻法檢測(cè)　萬(wàn)用表電阻法檢測(cè)就是用萬(wàn)用表的歐姆擋測(cè)線圈的直流電阻。電感的直流電阻值一般很小，匝數(shù)多、線徑細(xì)的線圈能達(dá)幾十歐；對(duì)于有抽頭的線圈，各引腳之間的阻值均很小，僅有幾歐姆。若用萬(wàn)用表×1擋測(cè)線圈的直流電阻，阻值無(wú)窮大，說(shuō)明線圈已經(jīng)開(kāi)路損壞；阻值為零，說(shuō)明線圈完全短路。

（3）電容元件

電容元件簡(jiǎn)稱電容，在電路圖中用字母“C”表示，其圖形符號(hào)如圖1-13所示。

當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，線性電容元件的特性方程為

式中，C稱為電容，單位為法拉（F）。

顯然，對(duì)于直流電路，電壓不隨時(shí)間變化而變化，即，相當(dāng)于斷路；而對(duì)于交流電路，電壓隨時(shí)間變化而變化，不為零，反而形成電流。所以電容元件具有隔直流通交流的作用。

在u、i關(guān)聯(lián)參考方向下，線性電容元件吸收的功率為

在0～t時(shí)間內(nèi)，電容元件儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為

由式（1-14）可看出，電容元件上的電壓增大，則電場(chǎng)能量增加，此過(guò)程為電容器儲(chǔ)能過(guò)程；電容元件上的電壓減小時(shí)，則電場(chǎng)能量減少，此過(guò)程為電容器放能過(guò)程。由于電容元件的電壓變化時(shí)，要引起電流的變化，因此電流的變化，也與電容充放電有關(guān)，這是同一物理過(guò)程。

知識(shí)拓展：電容器識(shí)別及簡(jiǎn)單測(cè)試

（1）電容器的識(shí)別

①直標(biāo)法　直標(biāo)法是將電容器的主要參數(shù)（標(biāo)稱容量、額定電壓及允許偏差）直接標(biāo)注在電容器上。一般容量大的電容器，其容量值在電容器上直接標(biāo)明。

②文字符號(hào)法　文字符號(hào)法是用2～4位數(shù)字表示有效值，用m、μ、n、P等字母表示有效值后面的量級(jí)。進(jìn)口電容器在標(biāo)注數(shù)值時(shí)不用小數(shù)點(diǎn)，而是將整數(shù)部分寫(xiě)在字母之前，將小數(shù)部分寫(xiě)在字母后面。如4P7表示4.7pF，3m3表示3300μF，1m表示1000μF，1P2表示1.2pF，1n表示1000pF等。

③數(shù)字表示法　數(shù)字表示法是指標(biāo)數(shù)字不標(biāo)單位的直接表示法。采用此種方法的單位僅限于μF和pF兩種，一般無(wú)極性電容默認(rèn)單位為pF，電解電容默認(rèn)單位為μF。

④數(shù)碼標(biāo)注法　數(shù)碼標(biāo)注法一般用三位數(shù)字表示容量大小，前兩位表示標(biāo)稱容量的有效數(shù)字，第三位表示有效數(shù)字后面零的個(gè)數(shù)。即電容器的標(biāo)稱容量值=兩位有效數(shù)字×10n，n為第三位數(shù)字，單位為pF。若第三位數(shù)字是9，則乘10-1。

例如：102表示10×102pF=1000pF；224表示22×104pF=0.22μF；339表示33×10-1pF=3.3pF。

⑤色碼表示法　色碼表示法指用不同顏色的色環(huán)表示電容器主要參數(shù)的表示方法。在小型電容器上用得比較多。電容器讀色碼的順序?yàn)椋簭脑捻敳肯蛞_方向讀，即頂部為第一環(huán)，靠引腳的是最后一環(huán)。第一、二種色環(huán)代表電容量的有效數(shù)字，第三種色環(huán)表示有效數(shù)字后面零的個(gè)數(shù)，其單位為pF。

色環(huán)顏色的規(guī)定與電阻器色標(biāo)法相同。

（2）電容器的簡(jiǎn)單測(cè)試

①電解電容器的簡(jiǎn)單測(cè)試　一般選用萬(wàn)用表的歐姆擋（×1k），測(cè)量電解電容器的絕緣阻值，紅表筆接電容負(fù)極，黑表筆接電容正極，迅速觀察萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)狀況。測(cè)量時(shí)，如果表針首先向右偏轉(zhuǎn)，然后慢慢地向左偏轉(zhuǎn)，并穩(wěn)定在幾百千歐以上的阻值，則被測(cè)電容器是好的；如果萬(wàn)用表的指針沒(méi)有向右偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，則說(shuō)明該電容器的電解液已干涸不能使用了；如果萬(wàn)用表的指針有向右偏轉(zhuǎn)到很小的數(shù)字，甚至為“0”，且指針沒(méi)有向左偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，則說(shuō)明該電容器已被擊穿損壞；如果萬(wàn)用表的指針向右偏轉(zhuǎn)，然后指針慢慢向左偏轉(zhuǎn)，但最后穩(wěn)定的數(shù)字在幾百千歐以下，則說(shuō)明電容器有漏電現(xiàn)象發(fā)生，一般也不能使用了。

②可變電容器的簡(jiǎn)單測(cè)試

a.用手輕輕旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸，應(yīng)感覺(jué)十分平滑，不應(yīng)感覺(jué)時(shí)松時(shí)緊，甚至有卡滯現(xiàn)象。

b.用一只手旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸，另一只手輕摸動(dòng)片組的外緣，不應(yīng)感覺(jué)有任何松脫現(xiàn)象。

c.將萬(wàn)用表置于×10k擋，一只手將兩個(gè)表筆分別接可變電容器的動(dòng)片和定片的引出端，另一只手將轉(zhuǎn)軸緩緩旋動(dòng)幾個(gè)來(lái)回，萬(wàn)用表指針都應(yīng)在無(wú)窮大位置不動(dòng)。在旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸的過(guò)程中，如果指針有時(shí)指向零，說(shuō)明動(dòng)片和定片之間存在短路點(diǎn)；如果轉(zhuǎn)到某一角度，萬(wàn)用表讀數(shù)出現(xiàn)一定阻值，說(shuō)明可變電容器動(dòng)片與定片之間存在漏電現(xiàn)象。

③固定電容的簡(jiǎn)單測(cè)試　一般固定電容器容量較小，用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，只能定性地檢查其是否有漏電，內(nèi)部短路或擊穿現(xiàn)象。測(cè)量時(shí)，可選用萬(wàn)用表×10k擋，用兩表筆分別任意接電容的兩個(gè)引腳，阻值應(yīng)為無(wú)窮大。若測(cè)出阻值為零，則說(shuō)明電容漏電損壞或內(nèi)部擊穿。

1.2.2　電源

如前所述，電路中除負(fù)載外，還必須有能夠提供電能的元件，即電源。在實(shí)際應(yīng)用中，電源的種類有很多，如干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)以及信號(hào)源等。在諸多電源中，有一類電源的電壓或電流不受外電路影響而獨(dú)立存在，稱為獨(dú)立源。根據(jù)獨(dú)立源在電路中表現(xiàn)的是電壓還是電流，可分成電壓源和電流源。在電路分析中，建立電壓源和電流源的電路模型，即理想電壓源和理想電流源。

（1）理想電壓源

理想電壓源簡(jiǎn)稱電壓源，其端電壓恒定或者按照某一固有的函數(shù)規(guī)律隨時(shí)間變化，與其流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。

理想電壓源的符號(hào)如圖1-14所示，通常用US表示，其伏安特性是一條不通過(guò)原點(diǎn)且與電流軸平行的直線，其端電壓不隨電流變化，如圖1-15所示。

電壓源的伏安特性表明：無(wú)論流過(guò)理想電壓源的電流大小、方向如何，其兩端的電壓始終是US。

（2）理想電流源

理想電流源簡(jiǎn)稱電流源，其電流恒定或者按照某一固有的函數(shù)規(guī)律隨時(shí)間變化，與其端電壓無(wú)關(guān)。

理想電流源的符號(hào)如圖1-16所示，箭頭的方向?yàn)殡娏髟措娏鞯膮⒖挤较颍浞蔡匦允且粭l與電壓軸平行的直線，如圖1-17所示。

電流源的伏安特性表明：無(wú)論流過(guò)理想電流源的電壓是正是負(fù)、是大是小，其輸出的電流始終是IS。

1.2.3　電氣設(shè)備的額定值

額定值是根據(jù)絕緣材料在正常壽命下的允許溫升，且考慮電氣設(shè)備在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行或規(guī)定的工作狀態(tài)下允許的最大值，同時(shí)兼顧可靠性、經(jīng)濟(jì)效益等因素規(guī)定的電氣設(shè)備的最佳工作狀態(tài)。額定值標(biāo)注在電氣設(shè)備的銘牌上。

在使用電氣設(shè)備時(shí)，必須嚴(yán)格遵守額定值的規(guī)定。如果電流超過(guò)額定值過(guò)多或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則導(dǎo)線發(fā)熱、溫升過(guò)高會(huì)引起電氣設(shè)備絕緣材料損壞；若電壓超過(guò)額定值，絕緣材料也可能被擊穿。當(dāng)設(shè)備在低于額定值工作時(shí)，其工作效能得不到充分發(fā)揮，不僅縮短使用壽命而且容易損毀設(shè)備。只有按照額定值使用才最安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。所以使用電氣設(shè)備之前必須仔細(xì)閱讀其銘牌和說(shuō)明書(shū)。例如某白熾燈的電壓為220V，功率為60W，這表示該燈泡在正常使用時(shí)，只有接在220V的電源上，確保其功率為60W，才能保證正常使用壽命。

本書(shū)額定值用表示物理量的文字符號(hào)加下標(biāo)“N”表示，例如額定電壓UN和額定電流IN。由于某些額定值間有著某種確定的、簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系，因此某些設(shè)備的額定值并不一定全部標(biāo)出。例如電阻上常標(biāo)出其阻值和額定功率，額定電流可由關(guān)系得出。