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电路理论是电气工程最重要的领域之一。了解元件如何单独和组合工作是设计、制造各类电子设备和系统并排除故障的基础。本文将讨论电气工程的基本电路元件、定律和参数。

一、什么是电路?

简单地说，电路就是电流从一点流向另一点的通路。从高层次来看，每个电路都有三个基本组成部分：电压源、导电路径、负载。

1.电压源

电压源通过其正极 (+) 和负极 (-) 之间的电位差为电路提供能量。电压源可以是交流电源，也可以是直流电源，主要区别在于电流流动的方式不同。交流电源产生正弦变化的电压，这意味着电流会周期性地改变方向。例如，这可能来自市电或发电机。另一方面，直流电源产生的电流是单向流动的。电池就是直流电源。

2.导电路径

导通路(也称导体)是电流在电路中流动的介质。这些元件具有极低的电流电阻，例如铜导体、铅焊料或印刷电路板 (PCB) 金属迹线。导体还有助于连接其他元件以实现单一功能。

3.负载

负载是电路中使用电源的任何设备。从发光二极管 (LED) 到电机或警报器都可以是负载。短路时，负载就是导体本身，它会产生热量并耗散电流。

二、分析电路：元件类型

电子元件是电子电路中影响电流或电磁场流动的元件。许多现代电路都由无源元件、有源元件和机电元件组成。

无源元件是消耗电能而不为电路提供净能量的元件。最常见的例子是电阻器、电容器和电感器。

有源元件控制电路中的电流。这些元件可以放大电流、将电流注入电路或产生功率放大。晶体管、晶闸管和三极管都属于有源元件。

机电元件是利用电路中的电流或电压来执行机械功能的元件，如直流电机或继电器。在机电螺线管中，电压通过改变线圈中的电感来驱动一组机械触点。

三、分析电路：电路参数

电流和电压是电路中最重要的参数。同样，电阻、电感和电容也是电子元件的重要特征。

1.电流

电流是电子在电路中的流动。电流的计量单位是安培(A)。如前所述，电流可以是交流电，也可以是直流电。我们可以利用欧姆定律找出流经电路的电流值，该定律指出两点之间的电流与它们之间的电势差成正比。等式为 I = V/R(其中 I 为电流，V 为电压，R 为电阻)。在实际应用中，我们可以使用数字万用表找出电路中的电流值。

2.电路的基尔霍夫定律

根据基尔霍夫定律，电流总是在回路中流动，这意味着它在同一点开始和结束。此外，进入电路的电流值等于离开电路的电流值 (1)。同样，在给定时间内，所有进入和离开电路的电流之和等于零 (2)。

3.电压

电压 (V) 也称为电动势 (E)，是电路中两点之间的电位差。 其测量单位是伏特。与电流一样，电压也可以是交流电或直流电。电压也可以通过欧姆定律的公式 V = IR 得出，其中 V 是电压，I 是电流，R 是电阻。

4.电阻

电阻是指元件抵抗电流通过电路的能力。 测量单位是欧姆(希腊语：Ω)。根据欧姆定律，导体的电阻是导体两端的电压 (V) 与流过导体的电流 (I) 之比。数学公式为 R = V/I，其中 R 是电阻，V 是电压，I 是电流。

每个元件(超导体除外)都有不同程度的电阻。但电阻器是专门为此目的而设计的。电阻器是一种带有两个端子的无源元件，具有可变电阻。某些类型的电阻器以颜色标示其电阻和容差。

5.电感

电感是导体在电流流过时感应磁场的能力。 感应磁场的强度与电流大小成正比。电感的单位是亨利(H)，以发现电感的美国科学家约瑟夫-亨利命名。

电感器又称线圈，是一种简单的无源元件，当电流流过时，它能以磁性的形式储存能量。 电感器由缠绕在线圈上的导体组成，当电流流过时，线圈会产生方向相反的磁场。

您可以使用以下公式计算电路的电感值：

L = V/(di/dt)，其中 L 是电感，V 是线圈上的电位差，di/dt 是电流变化率(单位：A/s)。

6.电容

电容是指电路元件在其两端存在电位差时存储电荷的能力。电容的单位是法拉，以发现电磁感应的科学家迈克尔-法拉第命名。要确定电路中某个元件的电容，可以使用以下公式：

C = Q/V，其中 C 是以库仑为单位的电容，Q 是电荷，V 是电位差。

到目前为止，我们已经尝试涵盖了电路理论中最重要的一些方面。随着越来越多的器件被集成到元件密度很高的电路板上，当今的电子系统正变得越来越复杂，但其基本原理却始终不变。

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