5、电气电路基础与实践

电气电路基础与实践

1. 等效电路与基尔霍夫电压定律

在电路分析中，我们会遇到一些看似不同但功能等效的电路。例如，有两个电路，虽然它们的图示表示不同，但功能是等效的。

基尔霍夫电压定律是解释电路行为的重要原理之一。该定律指出，电路中环绕一周的电压总和为零。这意味着，如果一个电压源为电路提供 9V 的电压，那么电路中的各个元件必须共同“消耗”这 9V 的电压。每个元件都会导致电势的降低，我们称之为电压降。

以图 3 - 9 所示的电路为例，这是一个由 10V 电源和三个串联电阻组成的电路。当电阻串联时，总电阻等于各个电阻值之和。在这个例子中，总电阻为 4kΩ + 6kΩ + 10kΩ = 20kΩ。根据欧姆定律（I = V / R），可以计算出电路中的电流为 10V / 20kΩ = 0.5mA。

电路中有四个可以测量电压的点，分别标记为 VA、VB、VC 和 VD。我们以电源的负极为参考点来确定各点的电压。VD 直接连接到电源负极，所以 VD = 0V（即接地）；VA 连接到电源正极，所以 VA = 10V。

根据基尔霍夫电压定律，电阻会产生电压降。对于 4kΩ 的电阻，根据欧姆定律（V = I × R），电压降为 0.5mA × 4kΩ = 2V，所以 VB = 10V - 2V = 8V。同理，6kΩ 电阻的电压降为 3V，因此 VC = 8V - 3V = 5V。由于 10kΩ 电阻是连接到负极前的最后一个元件，根据基尔霍夫电压定律，它的电压降必然是 5V。

总结这个例子，电压源提供 10V 的正电压，电阻产生的电压降为负电压。将正电压源和负电压降相加，10V - 2V - 3V - 5V = 0V，这与基尔霍夫电