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课程: 电器工程 > 单元 2

课程 1: 电路元素
科学
电器工程
电路分析
电路元素
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电路的术语

Google课堂
术语表我们需要谈谈电路和电路图。节点、分支、循环和网格、参考节点和地面，以及示意图“等价”。
我们正在开发分析电路的方法。目前为止，我们已经定义了最常见的元件（电阻、电容和电感）和电源（电压和电流）。 现在我们需要一个清晰的词汇表来讨论电路。本文是我们在电路分析和设计中使用的术语和概念表。

电路

电路（circuit） 来自 circle（圆） 这个词。电路是真实元件，电源和信号源的集合，所有这些都连接在一起，因此电流可以在一个完整的圆中流动。
闭环电路 —— 如果环路是完整的，如果所有电流都可以返回它们的出发点，我们称这个电路为闭环。
开环电路 —— 如果路径存在空白或打开，环路不完整，我们就说电路是开环。
短路 —— 短路 发生在低电阻路径（通常是错误地）连接到元件时。 下面显示的电阻是电流的预期路径，绕过它的弯曲电线指代短路。电流偏离其预定路径，有时会产生破坏性结果。电线通过提供低电阻路径（可能不是设计者的意图）使电阻短路。
合或断 —— 通过闭合通路来 连接 电路，例如闭合开关。断开 电路则相反。 打开开关 断开 电路。

电路图

电路图 是个电路的绘图。电路图通过符号与连接线来表示电路元素。
元件 —— 术语元件 表示“组件和电源”。
符号 —— 元件在电路图中用 符号 表示。这里显示了常见的2端元件符号，
线 ——元素之间的连接被绘制为线，我们通常将其视为“电线”。 在电路图中，这些线代表具有零电阻的完美导体。线路触及的每个元件或源端子都处于相同的电压。
点 ——线之间的连接可用点 表示。点是线连接的明确指示。如果连接很明显，则不必使用点。
（a）和（b）都正常
（c）没有点，表示没有连接
（d）也表示没有连接；水平线在垂直线上“跳过”。（d）非常清楚但需要额外的努力和空间来画。
（e）对于交叉连线，（e）是可以接受的，但有可能看起来太像（c），所以（f）是更好的画法。
参考标志 – 当你将组件放置在原理图中时，通常会给它一个唯一的名称，称为参考标志。参考标志符的示例是 R1、C6 与 VBAT。R1 中的 1 是名称的一部分，并不表示阻值。根据定义，参考标志符对于每个原理图是唯一的。 它们允许你按名称识别组件，即使它们中的一些具有相同的值。 可以在方程中使用参考标志。可以为 R1 分配一个电阻值， R1=4.7kΩ，它可以用作表达式中的变量，如 R2⋅C6=4.7kΩ⋅2μF。
参考标志为组件提供唯一的名称，即使它们的值相同。
节点 —— 连接 2 个 或更多个 元件连接的结合点称为 节点。下面的示意图显示了由五个元件（由橙色矩形抽象地表示）连接形成的单个节点（黑点）。
由于原理图上的线代表了完美的零电阻导体，因此没有规则说多个元件的线必须在一个节点上。我们可以绘制 分布式 节点，与上图其实完全相同，如下图所示。这两种节点表示完全相同的事情。
分布式节点可能全部展开，包含许多线段、弯头和点。不要分心，这只是一个节点。将理想元件与完美导体连接意味着分布式节点上的电压相同。
这是一个逼真的电路图，分布式节点标记为：
题一
此电路图中有多少个结点？
选出正确答案：

分支 —— 分支 是节点之间的连接。一个分支是一个元件（电阻、电容、电源等）。电路中的分支数等于元件数。
题二
此电路图中有多少个分支？
选出正确答案：

回路 —— 回路 是指通过电路元件的任何闭合路径。要绘制回路，可以选择任何节点作为起点，并绘制通过元件和节点的路径，直到路径返回到开始的节点。只有一个规则：回路只能访问（传递）一个节点 一次。如果回路重叠或包含其他回路，也是没问题的。这里显示了我们电路中的一些回路。（你也可以找到其他回路。如果计算正确，有六个。）
网格 —— 网格是一个内部没有其他回路的回路。可以将网格视为电路的每个“开放窗口”。
题三
这个电路中有多少个网格？
选出正确答案：

参考节点 ——在电路分析中，我们通常选择电路中的一个节点作为参考节点。相对于参考节点测量其他节点处的电压。任何节点都可以作为参考，但是简化电路分析的两种常见选择是：
  • 为电路供电的电压或电流源的负极端子，或
  • 连接到最大数量分支的节点。
接地 —— 参考节点通常称为 接地。接地 的概念有三个重要含义。
一个金属桩被打入到家附近的地面。夹在桩柱上的电线向右弯曲，为家庭电气系统提供安全的接地参考。有时接地线被夹在水管上，管道消失在地下。
接地是
  • 在参考点处测量电压。
  • 电流返回其源的返回路径。
  • 与地球的直接物理连接，这对安全很重要。
接地节点的名称来自第三个含义。但另外两个同样重要。
你会遇到各种各样的接地符号：

等效原理图

我们需要花一点时间来讨论 等效 原理图的概念。 这很重要，因为电路可以用不同方式绘制的原理图表示。
以下两个原理图的绘制方式不同。左侧的原理图以数字顺序显示了电压源和三个电阻。在右边的原理图中，电阻器R3 出现在电压源的左侧。
这两个原理图是否合理地表示了预期的电路？或者换一种方法提问，
这两个原理图是否等效？
我们说实际电路和原理图（或两个原理图），如果它们具有相同的节点和分支，则等效。
要等效，两个结构必须：
  • 表示每个组件和电源
  • 具有相同数量的节点
  • 每个节点必须连接到相同的分支
让我们检查我们的两个电路图是否等效：
  • 两个原理图中是否都包含所有组件和电源？
    报数... V，这里！， R1，这里！ R2，这里！ R3，这里！
    所有元件都到齐了。
  • 两个原理图都有相同数量的节点吗？
    是的。两个原理图都有 2 个节点。
  • 每个节点是否连接到相同的分支？
    ——是的。每个节点连接到三个电阻器和一个电源。
这两个节点标有橙色线条。 四个分支显示为蓝色箭头。
所以答案是：对，这些原理图是等效的。
等效意味着匹配节点将具有相同的电压，匹配的分支将具有相同的电流。这些是我们关心的事情。
你可以基于这些原理图之一构建实际电路。将物理导线和组件放在任一图纸的顶部并将它们焊接在一起。 两种原理图都将产生预期的电路，具有相同的节点电压和支路电流。
这种关于“等效”的讨论似乎过于宽泛；有什么大不了的？ 等效图有一个奇怪的属性，经常让初学者碰壁。

等效图难题

我要指出一些看似莫名其妙的事情（但只是片刻）。正如我们刚刚建立的那样，以下两个原理图是等效的。 但是，并非所有都完全相同。元素之间的线的各个点对点连接是不同的。
看一看左侧原理图中的蓝色箭头。 那根电线带着流向R2 和 R3 的电流。
你能在右边的原理图中找到等效的电线吗？
（找到一条载有电流去往 R2 和 R3 的电线。）
到底是怎么回事？ 这是一个技巧问题，突出了一些关于原理图的本质。
这个谜题揭示了真实电路和绘制原理图之间的根本区别。原理图中的线不一定代表相应实际电路可能具有的连接的特定点对点顺序。将电流传送到 R2 和 R3 的电线问题，假定了右侧原理图中不存在的特定接线顺序。
如何避免被这个原理图谜题困住？在每个等效原理图或实际电路中，你始终可以依靠相同的分支电流。因此，每次都要考虑 在分支中流动（在元件或电源中流动）的电流，而不是在“电线”中流动的电流。 “导线” 中的电流在等效版本的原理图中，或者在从任一原理图构建的实际电路中，可能存在也可能不存在 。

概念复习：等效

这是一个脑力测试，可以帮助检查你对原理图等效性的理解。
这些原理图中哪一个代表相同的电路（等效）？
假设所有电阻器具有相同的值。
花点时间，这并不简单。
提示：有三个答案。

绘制好的原理图

好的原理图有许多崇高的目的。好的原理图
  • 以明确的方式体现电路的设计。
  • 方便你与其他人分享自己的设计。
  • 帮助你记住自己的电路如何工作，甚至一个月后也再看也不会头疼。
你和你的同事都会喜欢这些绘图习惯，以绘制良好的原理图，
  • 将输入放在左侧，输出放在右侧。
  • 让信息在电路中从左向右流动。
  • 使用页面的上/下来表示电压电平。也就是说，在靠近页面顶部绘制较高电压的导线，在页面底部附近绘制较低的电压（如地面）。
以下原理图是等效的，但左边的原理图不像右边那样容易阅读。 右边的那个遵循良好原理图的准则。
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好的原理图可以体现你的设计 意图。如果你希望绘制原理图以明确要做的事情，那么你还可以更快速、更可靠地传达自己的意思。
当你被要求阅读不同的原理图时，请花点时间注意绘图样式。模仿你觉得易于阅读的原理图的绘图风格。将你的创造力融入电路设计中，而不是以新风格绘制原理图。
我们现在有一套完整的词汇表来讨论电路及其子部件。我们准备开始分析了。

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