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《从零开始学电路基础》是2007年由国防工业出版社出版的图书，该书作者是刘建清。该书内容包括：电路的基本定律、定理和基本分析方法，磁场与磁路，交流电路，互感与变压器，电路的过渡过程等。

电路基础是学习电子技术的起步知识。本书就是为使初学者从零开始，快速掌握电路基础知识而编写的。与传统的电路基础教材不同的是，本书摈弃了运用高等数学以及大量的公式计算和定量分析的讲法，注重定性和概念，注重基础知识与实践，并配合计算机仿真软件的仿真实验，使基础知识的学习做到不枯燥、不深奥。

第一章 电路与电场基础知识

第一节 电路及其基本物理量

电流流过的回路叫做电路，又称导电回路。最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。电路导通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通叫做短路，这种情况是决不允许的。另有一种短路是指某个元件的两端直接接通，此时电流从直接接通处流经而不会经过该元件，这种情况叫做该元件短路。开路（或断路）是允许的，而第一种短路决不允许，因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏。

电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。

第二节 电阻及电阻定律

电阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。

导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关系，这个规律就叫电阻定律(law of resistance)，公式为R=ρL/S 。其中ρ：制成电阻的材料电阻率，L：绕制成电阻的导线长度，S：绕制成电阻的导线横截面积，R：电阻值。

公式：R=ρL/S，R=U/I

ρ——制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧姆 · 米（Ω · m) ；

L——绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米（m)；

S——绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米（m2） ；

R——电阻值，国际单位制为欧姆，简称欧（Ω）；

U——电压值，国际单位制为伏特，简称伏（v）；

I——电流值，国际单位制为安培，简称安（A）。

其中：

ρ叫电阻率：某种材料制成的长1米、横截面积是1平方米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。是描述材料性质的物理量。国际单位制中，电阻率的单位是欧姆·米，常用单位是欧姆·平方毫米/米。与导体长度L，横截面积S无关，只与物体的材料和温度有关，有些材料的电阻率随着温度的升高而增大，有些反之。

电阻率

1.电阻率ρ不仅和导体的材料有关，还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内，：几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化，即ρ=ρo（1+at）。式中t是摄氏温度，ρo是O℃时的电阻率，a是电阻率温度系数。

⒉由于电阻率随温度改变而改变，所以对于某些电器的电阻，必须说明它们所处的物理状态。如一个220 V -100 W电灯灯丝的电阻，通电时是484欧姆，未通电时只有40欧姆左右。

⒊电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质导电性能好坏的属性，电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性。

电阻率是一个反应材料导电性能的物理量。

电阻率数值上等于单位长度、单位截面的某种物质的电阻，其倒数为电导率。电阻率与导体的长度、横截面积等因素无关，是导体材料本身的电学性质，由导体的材料决定，且与温度有关。

电阻率在国际单位制中的单位是Ω·m，读作欧姆米，简称欧米。常用单位为“欧姆·厘米”。

电阻率较低的物质被称为导体，常见导体主要为金属，而自然界中导电性最佳的是银。其他不易导电的物质如玻璃、橡胶等，电阻率较高，一般称为绝缘体。介于导体和绝缘体之间的物质 （如硅） 则称半导体。

第三节 导体、绝缘体、半导体和超导体

导体是善于导电的物体，即是能够让电流通过材料；不善于导电的物体叫绝缘体。（并不是能导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体，这是一般人常犯的错误）金属导体里面有自由运动的电子,导电的原因是自由电子.半导体随温度升高其电阻率逐渐变小,导电性能大大提高,导电原因是半导体内的空穴和电子对。在科学及工程上常用利用欧姆来定义某一材料的导电程度。

能够让电流通过的材料，导体依其导电性还能够细分为超导体、导体、半导体、及绝缘体。在科学及工程上常用利用欧姆来定义某一材料的导电程度。它们使电力极容易地通过它们。

当电流在导体内流过时，事实上是因为导体内的自由电荷(在金属中的自由电荷是电子,而在溶液中的自由电荷则为阴、阳离子)产生漂移而造成的，根据材料的不同，自由电荷的漂移方式也不相同：在超导体中，电子几乎不受原子核的干扰而能够快速移动；而在导体内电子的移动受限于该材料所造成的电子海的能阶大小；而在半导体内，电子能够移动是因为电子-空穴效应；而绝缘体则是电子受限于分子所构成的共价键，使得电子要脱离原子是一件非常困难的事。因此，没有绝对绝缘的绝缘体，只要有足够大的能量（例如高压电）就可以使电子得以通过某绝缘体。

而在溶液中的电子流动是因为离子游动而造成的，能够让电流通过的溶液称为电解质溶液。不善于传导电流的物质称为绝缘体（Insulator），绝缘体又称为电介质引。它们的电阻率极高。绝缘体的定义：不容易导电的物体叫做绝缘体。 绝缘体和导体，没有绝对的界限。绝缘体在某些条件下可以转化为导体。这里要注意：导电的原因：无论固体还是液体，内部如果有能够自由移动的电子或者离子，那么他就可以导电。没有自由移动的电荷，在某些条件下，可以产生导电粒子，那么它也可以成为导体

绝缘体的种类很多，固体的如塑料、橡胶、玻璃和陶瓷等；液体的如各种天然矿物油、硅油、三氯联苯等；气体的如空气、二氧化碳、六氟化硫等。在通常情况下，气体是良好的绝缘体。在某些特殊条件下，绝缘体也会转化为导体。

绝缘体在某些外界条件，如加热、加高压等影响下，会被“击穿”，而转化为导体。在未被击穿之前，绝缘体也不是绝对不导电的物体。如果在绝缘材料两端施加电压，材料中将会出现微弱

的电流。

绝缘材料中通常只有微量的自由电子，在未被击穿前参加导电的带电粒子主要是由热运动而离解出来的本征离子和杂质粒子。绝缘体的电学性质反映在电导、极化、损耗和击穿等过程中。

绝缘体是一种可以阻止热(热绝缘体）或电荷（电绝缘体）流动的物质。电绝缘体的相对物质就是导体和半导体，他们可以让电荷通畅的流动（注：严格意义上说，半导体也是一种绝缘体，因为在低温下他会阻止电荷的流动，除非在半导体中掺杂了其他原子，这些原子可以释放出多余的电荷来承载电流）。术语电绝缘体与电介质有相同的意思，但是两种术语分别用在不同的领域中。

一个完全意义上的热绝缘体，根据热力学第二定律是不可能存在的。然而，有一些材料（如二氧化硅）就非

常接近真正的电绝缘体，从而产生了闪存技术。一个更大类别的材料，如，橡胶和很多的塑料，对于家庭和办公室配线来说都是"完美”的，没有安全性方面的隐患， 并且效率也很高。

在没有发明出更好的合成（物理或化学反应）物质前，在大自然的固有物质中，云母和石棉都可以作为很好的热和电绝缘体。

半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。

半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质称为半导体：

室温时电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm之间（上限按谢嘉奎《电子线路》取值，还有取其1/10或10倍的；因上角标暂不可用，暂用当前方法描述），温度升高时电阻率则减小。半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。

本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成

一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子- 空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。

第四节 电荷和电场

第五节 电容器

电容器通常简称其为电容，用字母C表示。定义1：电容器，顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷的器件。英文名称：capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。

通用公式C=Q/U平行板电容器专用公式：板间电场强度E=U/d ，电容器电容决定式 C=εS/4πkd

随着电子信息技术的日新月异，数码电子产品的更新换代速度越来越快，以平板电视（LCD和PDP）、笔记本电脑、数码相机等产品为主的消费类电子产品产销量持续增长，带动了电容器产业增长。并带动了相关材料、设备行业的发展，已经成为全球电容器生产大国。

在直流电路中，电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。

这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。

在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。

第二章 电路基本定律

第一节 欧姆定律和焦耳定律

在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R。欧姆定律由乔治·西蒙·欧姆提出，为了纪念他对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号Ω表示。

由欧姆定律I=U/R的推导式R=U/I或U=IR不能说导体的电阻与其两端的电压成正比，与通过其的电流成反比，因为导体的电阻是它本身的一种属性，取决于导体的长度、横截面积、材料和温度、湿度（初二阶段不涉及湿度），即使它两端没有电压，没有电流通过，它的阻值也是一个定值。（这个定值在一般情况下，可以看做是不变的，但是对于光敏电阻和热敏电阻来说，电阻值是不定的。对于有些导体来讲，在很低的温度时存在超导的现象，这些都会影响电阻的阻值。）

导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。（表达式：I=U:R)

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I^2;×Rt（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=PT;Q=UIT;Q=(U^2/R)T

电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能，这时有Q=W（在纯电阻电路中）。电热器和白炽电灯属于上述情况。

在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。

在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。

电热器：利用电流的热效应来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见电热器。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成。

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为内能的定律。

非纯电阻电路：Q=I^2Rt

纯电阻电路：Q=u^2/R t=I^2Rt=W=Pt=U I t（电能只转化为内能）

第二节 基尔霍夫电流和电压定律

第三节 电路中电位的计算

第三章 电路的等效变换

第一节 电阻电路的等效变换

第二节 电压源、电流源及其等效变换

第三节 受控源简介

第四章 电路基本分析方法和重要定理

第一节 电路基本分析方法

第二节 电路分析重要定理

第三节 非线性电阻电路的分析

第五章 磁场与磁路基础知识

第一节 磁场和磁感线

第二节 安培力和磁感应强度

第三节 电磁感应

第四节 磁性材料的性能

第五节 磁路及其基本定律

第六章 交流电路

第一节 正弦交流电的产生及变化规律

第二节 正弦交流电的三要素

第三节 正弦交流电的表示法

第四节 电阻、电感和电容交流电路

第五节 功率因数的提高

第六节 RC和LC电路

第七节 迭加法在交流电路中的应用

第八节 复数在交流电路中的应用

第七章 三相交流电路与安全用电

第一节 三相交流电源

第二节 三相电路负载的连接

第三节 三相电路的功率

第四节 供电与用电

第五节 安全用电与建筑防雷

第八章 互感和变压器

第九章 电路的过渡过程

第十章 Edison仿真软件及其在电路基础实验中的应用

参考文献