创意电子学-小知识： 什么是电路？

什么是电路？

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概述

在学习电子产品时，您首先会遇到的一件事就是电路的概念。本教程将解释什么是电路，并进一步详细讨论电压。

一个简单的电路，包括一个按钮、一个LED和一个电阻器，构建了两种不同的方式。

推荐阅读

您应该很好地理解一些概念，以帮助您充分利用本教程。

• 什么是电？
• 电
• 电压、电流、电阻和欧姆定律
• 交流电与直流电
• 极性

电路基础知识

电压及其工作原理

您可能听说过电池或墙上插座具有一定数量的伏特。这是对电池或连接到墙上插座的公用电网产生的电势的测量。

所有这些伏特都坐在那里等着你使用它们，但有一个问题：为了让电做任何工作，它需要能够移动。这有点像一个吹起的气球；如果你捏掉它，那里有空气，如果它被释放，它可以做一些事情，但它实际上不会做任何事情，直到你把它放出来。

与从气球中流出的空气不同，电流只能流过可以导电的材料，例如铜线。如果您将电线连接到电池或墙上插座（**警告：**墙上插座中的电压很危险，不要这样做！），您将为电提供一条可遵循的路径。但是，如果电线没有连接到其他任何东西，电将无处可去，仍然不会移动。

是什么让电移动？**电希望从更高的电压流向更低的电压。**这与气球完全相同：气球中的加压空气想要从气球内部（较高压力）流向气球外部（较低压力）。如果在较高电压和较低电压之间创建导电路径，则电流将沿着该路径流动。如果你在这条路径中插入一些有用的东西，比如LED，流动的电流会为你做一些工作，比如点亮那个LED。

那么，在哪里可以找到更高的电压和更低的电压呢？这里有一些非常有用的信息：每个电来源都有两个极性。您可以在两端都有金属盖的电池或具有两个（或更多）孔的墙上插座上看到这种情况。在电池和其他直流电源中，这些侧（通常称为端子）被命名为正（或“+”）和负极（或“-”）。

为什么每个电来源都有两个极性？这可以追溯到“电位”的概念，你需要一个电压差才能让电流流动。在任何电源中，正极的电压都会比负极高，这正是我们想要的。事实上，当我们测量电压时，我们通常说负侧是0伏，而正边是电源可以提供多少伏特。

电源就像泵。泵总是有两面，一个出口吹出东西，一个入口把东西吸进去。电池、发电机和太阳能电池板的工作方式相同。它们内部的某些东西正在努力将电推向出口（正极），但是所有离开设备的电流都会产生空隙，这意味着负极需要将电吸入以替换它。*

到目前为止，我们学到了什么？

• 电压是潜在的，但电需要流动才能做任何有用的事情。
• 电需要一条流经的路径，它必须是电导体，如铜线。
• 电流将从较高的电压流向较低的电压。
• 直流电压源总是有两面，称为正极和负极，正极的电压高于负极。

最简单的电路

我们终于准备好让电为我们工作了！如果我们连接电压源的正侧，通过一些工作的东西，如发光二极管（LED），然后回到电压源的负侧;电或电流将流动。我们可以把那些当电流流过它们时做有用事情的东西放在路径上，比如发光的LED。

**这条环形路径总是需要让电流流动并做一些有用的事情，它被称为电路。**电路是在同一个地方开始和停止的路径，这正是我们正在做的事情。

单击此链接可查看流经简单电路的电流仿真。此模拟需要 Java 才能运行。

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*本杰明·富兰克林最初写道，电从电压源的正侧流向负侧。然而，富兰克林无法知道电子实际上以相反的方向流动 - 在原子水平上，它们从负侧出来并循环回正侧。因为在真相被发现之前，工程师们追随富兰克林的脚步已经数百年了，我们今天仍然使用“错误”的惯例。实际上，这个细节并不重要，只要每个人都使用相同的约定，我们都可以构建工作正常的电路。

短路和开路

什么是“负载”？

我们想要建立电路的原因是让电为我们做有用的事情。我们这样做的方法是将利用电流点亮，制造噪声，运行程序等的电路中。

这些东西被称为负载，因为它们“加载”了电源，就像你携带东西时“加载”了一样。就像你可能被加载太多的重量一样，可能会过多地加载电源，这会减慢电流。但与你不同的是，电路的负载也可能太少 - 这可能会让太多的电流流动，这可能会烧毁你的零件甚至电源。

您将在下一教程中了解有关电压、电流和负载的所有信息：电压、电流、电阻和欧姆定律。但现在，让我们来了解电路的两种特殊情况：短路和开路。了解这些将在您对自己的电路进行故障排除时提供极大的帮助。

短路

不要这样做，但是如果将电线直接从电源的正侧连接到负极，则会产生所谓的短路。这是一个非常糟糕的主意。

这似乎是最好的电路，那么为什么这是一个坏主意呢？请记住，电流想要从较高的电压流向较低的电压，如果您将负载放入电流中，则可以做一些有用的事情，例如点亮LED。

如果电流中有负载，则流经电路的电流将限制为设备消耗的电流，这通常是非常小的量。但是，如果你不投入任何东西来限制电流，就不会有任何东西来减缓电流，它会尝试无限大！

您的电源不能提供无限电流，但它会提供尽可能多的电流，这可能是很多。这可能会导致电线烧坏，损坏电源，耗尽电池电量或其他令人兴奋的事情。大多数情况下，您的电源将内置某种安全机制，以限制发生短路时的最大电流，但并非总是如此。这就是为什么所有家庭和建筑物都有断路器的原因，以防止在布线中的某个地方发生短路时起火。

一个密切相关的问题是意外地让过多的电流流过电路的一部分，导致零件烧毁。这不是一个短路，但它很接近。当您使用不正确的电阻值时，最常发生这种情况，因为该值允许过多的电流流过另一个组件，例如LED。

底线：如果您发现事情突然变热或零件突然烧坏，请立即关闭电源并寻找可能的短路。

开路

短路的反面是开路。这是一个环路没有完全连接的电路（因此这根本不是真正的电路）。

与上面的短路不同，这个“电路”不会伤害任何东西，但你的电路也不会起作用。如果你是电路新手，通常很难找到断裂的位置，特别是如果你使用的面包板隐藏了所有的导体。

**如果您的电路不起作用，最可能的原因是电路开路。**这通常是由于连接断裂或电线松动造成的。（短路会窃取电路其余部分的所有电，因此请务必寻找这些短路。

**提示：如果您无法轻松找到电路打开的位置，万用表**可能是非常有用的工具。如果您将其设置为测量伏特，则可以使用它来检查供电电路中各个点的电压，并最终找到电压未通过的点。

资源和进一步发展

你刚刚以最基本的形式学习了什么是电路。随着您不断学习，您将遇到更复杂的电路，这些电路具有多个回路和更多的电子元件。但是，所有电路，无论多么复杂，都将遵循与您刚刚了解的基本单回路电路相同的规则。

有兴趣了解更多基础主题吗？

请参阅我们的**工程基础**页面，了解有关电气工程基石主题的完整列表。

带我去那里！

您的电子产品之旅才刚刚开始，以下是一些建议的后续主题：

• 试验板是有用的工具，可让您使用跳线快速构建临时电路。我们一直在使用它们。您可能还想掌握使用电线来帮助您构建电路。
• 万用表可以测量电压、电流和电阻，在尝试排除故障电路故障时非常有用。
• 电路有各种不同的尺寸、形状和配置。查看串联与并联电路教程，了解将电路提升到一个新的水平。

以下是一些教程，介绍构建电路时将使用的最常见组件。

• 了解电路的一个好方法是开始制作一些电路。我们的LED 教程将展示如何点亮一个或多个 LED。
• 电阻器是电路中使用最广泛的元件之一。
• 电容器也存在于大多数电路中。二极管也是如此。