第一节 电路的基本概念
一、电路的构成要素
电路即电流的通路，无论简单与复杂，一条能完成某项特定功能的电路都必须有电源、负载和连接导线这三个基本组成要素。
1.电源
电源在电路中提供电能，有交流和直流两种电源。汽车上所使用的蓄电池和发电机是直流电源，蓄电池是将其极板上储存的化学能转变成电能向汽车上的用电设备供电，而发电机则是在发动机的驱动下将机械能转变成电能向汽车电路输出电流。
2.负载
负载在电路中可将电能转变成光、声、热、机械等能量，电路通过负载实现其所赋的功能。负载有电阻性、电容性和电感性三种类型，电阻类负载消耗电能，而电容和电感本身并不消耗电能，但实际电路中的负载则可能是以电阻、电容、电感中的某种特性为主，兼有其他一种或两种负载特性。比如继电器线圈，是电感类负载，但同时具有直流电阻和分布电容。在汽车上，各种照明和信号灯、电喇叭、继电器及电子装置等均是汽车电路中的负载。
3.连接导线
连接导线在电路中连接电源和负载，起传输和分配电能的作用。连接导线通常是由铜、铝、银等金属导体制成，并用绝缘材料包装。汽车电路的连接导线就是连接电源与各用电设备的配线，汽车电路还利用“搭铁”来简化线路，即通过发动机的机体、车身及车架等金属部分作为电流的回路。
除了电源、负载和连接导线这三大要素外，汽车电路中通常还配以相应的控制开关，以及熔断器、易熔线、断路器等电路安全保护器件。控制开关可使电路在人们的控制下工作，安全保护器件则是为了保护电路不被过载电流或短路电流烧坏。
二、电路的基本参数
1.电动势
电动势E的物理定义是电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功。在电源的内部，电源的正极和负极之间存在着电场，要保持电源有对外的供电能力，就必须用电源力来克服电源内部的电场力，持续不断地将正电荷从电源的负极移动到电源的正极（图1-1）。
电动势是反映发电机、蓄电池等电源其电源力对电荷做功的能力，其单位是伏特，简称伏（V）。电源力可由热能、机械能、化学能等其他能量转化而来。由图1-1可知，建立了电动势的电源，当连接外电路和负载后，就会在电路中形成电流I。
图1-1 电动势与电压
1—负载 2—电路 3—电路中的负电荷（电子） 4—电源负极 5—电场中的正电荷 6—电源正极 FW—电源力 FN—电场力
2.电压
电压U就是静电场或电路中两点之间的电位差，它反映电场力对电荷做功的能力，数值上等于电场力把单位正电荷从电源的正极经外电路移到负极所做的功。电压U的单位也是伏特（V），从电动势和电压的定义来看，两者的物理含义显然是不相同的。电动势表示电源内部电源力对电荷做功的能力，而电压反映的是电路中电场对电荷做功的能力。
3.电流
电流I是指电荷有规律的运动，而导体能通电流是因为导体中有受原子核束缚力很小的自由电子。这些自由电子平时围绕原子核作不规则运动。当电路接通电源时，通过导体形成外电场，导体中的自由电子就会在电场力的作用下作定向运动，即形成了电流。电流的大小以单位时间里所通过的电荷来度量，其单位是安培，简称安（A）。电流的方向就是正电荷运动的方向（从电源的正极流向电源的负极），而导体中实际运动的是电子（负电荷），其定向运动的方向与电流的方向相反。
4.电阻与欧姆定律
电路中具有阻碍电流通过的作用称之为电阻，电阻R的单位为欧姆，简称欧（Ω）。电路中流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，这就是欧姆定律，其表达式如下
从欧姆定律可知，对于具有一定电阻的电路来说，所加电压越高，电路形成的电流也越大；在电压恒定不变时，电路的电阻越小，其电流越大。
三、电路的几种状态
1.有载工作状态
电路的有载工作状态就是指其正常的工作状态，无论实际的电路中其电源和负载有多复
杂，通过电路分析，均可等效简化成如图1-2所
示的等效电路。当电路开关接通时，电路就处于有载工作状
态。有载工作状态下电路的基本特性总结如下：1）电路中电流的大小与电源电动势的大小、
电源内阻及电路的电阻大小有关。2）电路中导线、开关及保护元件的电阻极
小，可忽略不计，因而电路的电阻就是负载的电
阻。加在负载上的电压降，其数值上就是电流和
负载电阻的乘积，且与电源的端电压一致。
图1-2 有载工作状态下的电路
R—负载电阻 RO—电源内阻 I—电源输出电流（负载电流） E—电动势 U—电源端电压（负载电压降） S—电路开关
3）电源电动势减去电源内阻上的电压降才是电源的输出端电压。因此，当电路的工作电流很大时，由于电源内阻的电压降较大，电源输出的端电压与其电动势会有较大的差别。比如，汽车蓄电池的电动势为12V，而在起动时，由于起动电流达100A以上，蓄电池内电阻上的电压降（IRO）可达2～4V，蓄电池实际输出的端电压会降至8～10V。
4）当电路中有开关触点接触不良、导线连接不良的情况出现时，就会有接触电阻，电流通过时也会有电压降。因此，当负载两端的电压降明显低于电源的端电压时，就说明在电路中相关器件触点或线路连接有接触不良之处。
2.电路开路状态
在电路开关未接通（断开）时，电源输出电流I=0（图1-3a），此时电源的端电压就等于电源电动势，即
U=E
图1-3 开路状态下的电路
a）电路停止工作 b）电路断路
当汽车电路所有的用电设备均不通电时，蓄电池对外不输出电流，这时测得的蓄电池正负极桩之间的电压与蓄电池的电动势相同。
当电路的某处断路时，电路也不通电（图1-3b），此时电路负载上无电压降，在电路的断点之处可测得电源的端电压。
3.电路短路状态
电路短路相当于负载电阻为零，此时电源的端电压为0（图1-4），其电流的大小为
由于电源的内阻一般都很小，故输出的短路电流很大，可将电源和线路烧毁。因此，汽车电路中设有电路保护装置（如熔断器），以便在电路出现短路故障时，及时切断电路，避免线路被烧坏。
四、电路中负载的串联与并联
1.电阻的串联
在电路中有多个电阻时，其中通过同一电流的各个电阻称之为串联电阻，有两个串联电阻的电路如图1-5所示。
图1-4 短路状态下的电路
图1-5 电阻的串联电路
a）电阻的串联 b）等效电路
电路中电阻串联的等效电阻是各个串联电阻值之和（R=R1+R2）；而电路中各串联电阻上的电压就是其电阻与电流I的乘积（U1=R1I；U2=R2I）。串联电路中，电阻值大的电阻其电压也高。以图1-5所示的电路为例，两个串联电阻上的电压分别为
各串联电阻上的电压之和等于电源的端电压（U=U1+U2）。如果R1≪R2，则U1≪U2，即当串联的电阻大小相差太大时，小电阻的电压降可以忽略不计，电压几乎都加在了大电阻上了。
2.电阻的并联
电路中有两个或两个以上的电阻施加同一个电压的连接方式称之为电阻的并联，两个电阻并联的电路如图1-6所示。
图1-6 电阻的并联
a）电阻的并联 b）等效电阻
电路中两个电阻并联的等效电阻为
即
从上式可看出，当电路中有两个或两个以上的电阻并联时，并联电路的等效电阻比并联电路中电阻中最小的电阻还小。各并联电阻通过的电流为
各条并联支路的电流之和就是电源的输出电流（I=I1+I2），且并联电阻上的电流大小与电阻值成反比。如果R1≪R2，则I1≫I2，即在各条并联电路的电阻差值很大的情况下，电源电流几乎都是从电阻小的支路通过，而电阻大的支路其电流可以忽略不计。
五、电路中的电位
电路中的电位就是相对于电路中某参考点的电压，参考点不同，电路各点的电位也不同。以图1-7的电路为例，说明电路中电位的概念。
图1-7 电路中的电位
a）以A点为参考点 b）以B点为参考点E1=140V E2=90V I1=4A I2=6A I3=10A
图1-7中各段电路的电压为
若以A点为参考点，电路中其他各点的电位为
VB=-60V VC=80V VD=30V
若以B点为参考点，电路中其他各点的电位为
VA=60V VC=140V VD=90V
可见，电路中两点之间的电压绝对值是确定的，正负则与参考点有关，比如，UAB=60V，UBA=-60V；电路中各点的电位是相对参考点而言的，选择不同的参考点，电位的正负及大小都会有所不同。