任务一 测量电路的电压和电位
知识讲解一 电路的概念
1.电路及其组成
简单地讲，电路是电流通过的路径。实际电路通常由各种电路实体部件（如电源、电阻器、电感线圈、电容器、变压器、仪表、二极管、三极管等）组成。每一种电路实体部件具有各自不同的电磁特性和功能，按照人们的需要，把相关电路实体部件按一定方式进行组合，就构成了一个个电路。
手电筒电路、单个照明灯电路是实际应用中的较为简单的电路，而电动机电路、雷达导航设备电路、计算机电路，电视机电路是较为复杂的电路，但不管简单还是复杂，电路的基本组成部分都离不开三个基本环节———电源、负载和中间环节（导线、开关）。
图211所示的手电筒照明电路中，电池作为电源，灯作为负载，导线和开关作为中间环节将灯和电池连接起来。
图211 手电筒照明实际电路
2.电路的种类及功能
工程应用中的实际电路，按照功能的不同可概括为两大类：一是完成能量的传输、分配和转换的电路，这类电路的特点是功率大、电流大，如家中的照明电路，电能传递给灯，灯
图212 扩音机电路
将电能转化为光能和热能；二是实现对电信号的传递、变换、储存和处理的电路。如图212所示为一个扩音机的工作过程，话筒将声音的振动信号转换为电信号，即相应的电压和电流，经过放大处理后，通过电路传递给扬声器，再由扬声器还原为声音。这类电路特点是功率小、电流小。
3.电路模型
在电路理论中，为了方便对实际电路的分析和计算，通常在工程实际允许的条件下对实际电路进行模型化处理。将实际电路器件理想化而得到的只具有某种单一电磁性质的元件称为理想电路元件，简称电路元件。每一种电路元件体现某种基本现象，具有某种确定
的电磁性质和精确的数学定义。常用的有表示将电能转换为热能的电阻元件、表示电场性质的电容元件、表示磁场性质的电感元件及电压源元件和电流源元件等。（注：书本里的电路图没有特别说明一般指模型图）
把由理想电路元件相互连接组成的电路称为电路模型。如图211所示，电池对外提供电压的同时，内部也有电阻消耗能量，所以电池用其电动势E和内阻R0的串联表示；灯除了具有消耗电能的性质（电阻性）外，通电时还会产生磁场，具有电感性。但电感微弱，可忽略不计，于是可认为
图213 手电筒电路的
电路模型
灯是一电阻元件，用R表示。图213所示电路是图211所示电路的电路模型。
知识讲解二 电位、电压和电动势
1.电压
电压的定义：Uab在数值上等于单位电荷受电场力把电荷由a点移动到b点所做的功W，与被移动电荷电荷量q的比值，则电压定义式表示为
Uab=Wab
（211）
q
式中 q———由a点移动到b点的电荷量，C（库[仑]）；
Wab———电场力将q由a点移动b点所做的功，J（焦[耳]）；
Uab———a、b两点间的电压，V（伏[特]）。
如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直流电压，用U表示。如果电压的大小及方向随时间变化，则称之为变动电压。对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压（简称交流电压），其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。交流电压的瞬时值要用u或u（t）表示。在电路中提供电压的装置是电源。
电压在国际单位制中的主单位是伏[特]，简称伏，用符号V表示。1伏[特]等于对1库仑的电荷做1焦耳的功，即1V=1J/C。强电压常用千伏（kV）为单位，弱小电压
的单位可以用毫伏（mV）、微伏（μV）。它们之间的换算关系是：1kV=1000V，1V=1000mV，1mV=1000μV。
2.电位
正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。讨论电位问题时，首先要选定参考点（假定该点电位为零）。其他点的电位等于该点与参考点间的电压。比参考点高的电位为正，反之为负。可见，电路中各点的电位是相对的，与参考点的选择有关。如用符号Va表示a点电位，Vb表示b点电位。若Va＞Vb，选取a点为参考
点，即Va=0，则Vb＜0；若选取b点为参考点，即Vb=0，则Va＞0。不论如何选取参考
点，a点电位永远高于b点电位。
由此可见，电场力对正电荷做功的方向就是电位降低的方向。因此，规定电压的方向由高电位指向低电位，即电位降低的方向。电压的方向可以用高电位指向低电位的箭头表示，也可以用高电位标“+”，低电位标“-”来表示。
电路中电压大小的计算：在电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位之差，即
Uab=Ua-Ub
（212）
两点间的电压也称为两点间电位差。讲到电压必须说明是哪两点间的电压。在电路计算时，无法确定电压的真实方向，常事先选定参考方向，用“+”、“-”标在电路图中。如果计算结果电压为正值，则电压的真实方向与参考方向一致；如果计算结果电压为负，则电压的真实方向与参考方向相反。
【例211】在电场中有a、b、c三点，某电荷电荷量q=500C，电荷由a点移动到b点电场力做功2J，电荷由b点移动到c点电场力做功3J，以b为参考点。试求a点和c点电位。
解：以b点为参考点，则Vb=0V，根据电压定义式有
Uab=Wqab=5×210-2=40（V）
又因为
Uab=Va-Vb
则
Va=40V
同理
Ubc=Wqbc=5×310-2=60（V）
则
Ubc=Vb-Vc，0-Vc=60，Vc=-60V
3.电动势
电动势是用来表征电源生产电能本领大小的物理量。在电源内部，把正电荷从低电位点（负极板）移动到高电位点（正极板）反抗电场力所做的功与被移动电荷的电荷量之比，称为电源的电动势。电源电动势定义式为
E=
W q
（213）
式中 W———电源力移动正电荷所做的功，J（焦[耳]）；
Q———电源力移动的电荷量，C（库[仑]）；
E———电源电动势，V（伏[特]）。
电源电动势的方向规定为由电源的负极（低电位点）指向正极（高电位电）。在电源内部的电路中，电源力移动正电荷形成电流，电流的方向是从负极指向正极；在电源外部
电路中，电场力移动正电荷形成电流，电流方向是从电源正极流向电源负极。
技能训练 测量电路的电位、电压
训练要求：先按照如图214所示组装连接电路，再分别测试A、B、C各点的电位，以及相互间的电压，并做好记录。
图214 测试电路图
图215 表笔接入与量程选择示意图
训练内容：1.量程的选择
将红、黑表笔插入对应的插孔中，选择开关旋至直流电压挡相应的量程进行测量，如图215所示。如果不知道被测电压的大致数值，需将选择开关旋至直流电压挡最高量程上预测，然后再旋至直流电压挡相应的量程上进行测量。
2.开始电位测量
电路中某点对于参考点的电压称为该点的电位，此处选择C点为电位参考点，将指针式万用表与被测电路并联，黑表笔接参考点，红表笔接被测量点，如图216所示。
图216 测量A点电位示意图
3.读数
要根据所选择的量程来选择刻度读数。4.挡位复位
将挡位开关打在OFF位置或打在交流电压1000V挡。5.电位测量
将测量的A、B、C三点的电位值记入表211中。
表211
测试交流电压记录表
6.电压测量
电压测试时，红表笔接高电位、黑表笔接低电位（不清楚情况下，可以先接好其中任意一表笔，另一表笔轻轻碰一下测量点，看表笔的偏转情况，如果反偏，表示接反）。将
UAB、UAC、UBC测量结果记录表212中。
表212
测试交流电压记录表
知识链接 万用表
万用表是一种高灵敏度、多用途、多量限的携带式测量仪表，可以用来测量交流、直流电流、电压、电阻等参数，有的万用表还可以用来测量电容、电感以及晶体二极管、三极管的某些参数。它在电工、电子技术中是一种最常用的仪表，是电子测量和维修所必备的常用仪表。
1.万用表的组成及一般使用方法
万用表的基本组成主要包括指示部分、测量电路、转换装置三部分。
（1）指示部分。俗称表头，用以指示被测电量的数值。指示部分是万用表的关键，其很多重要性能，如灵敏度、精确等级等都决定于表头的性能。
图217 指针式万用表的表头
指针式万用表的指示部分通常为磁电式微安表，而数字式万用表的指示部分则为液晶或荧光数码显示屏。指针示万用表表头的第一条刻度线为电阻值刻度（读数时从右向左读），第二条刻度线为交流、直流电压、电流值
刻度（读数时从左向右读）。
（2）测量电路。是把被测的电量转化为适合于表头的微小信号，再通过转换装置转换成能够驱动指示部分指示所需的信号。最简单万用表的测量原理示意如图218所示。
图218 万用表测量原理示意图
（3）转换装置。通过它可实现万用表的各种测量类型和量程的选择。转换装置通常包括转换开关、接线柱、输入插孔等。转换开关有固定触点和活动触点，测量时，改变开关的位置，即可接通相应的触点，实现相应的测量功能。
万用表（包括指针式和数字式）的测量灵敏度和精度相对来说较低，测量时的频率特性也差（测量信号的频率范围45～1000Hz）；从而只能用于对工频或低频信号的测量，且测量交流信号时读数为有效值。
2.指针式万用表
指针式万用表的型号和种类很多，不同型号的万用表，功能也不尽相同，实际测量时，要根据需要选择和使用合适的万用表。一般说来，万用表的测量灵敏度和精度越高，价格就越贵，一般以满足测量要求为度。常用的万用表的外形如图219所示，下面以MF47型号为例作介绍。
（1）使用万用表测量的一般方法。
1）根据被测电量的类型（电压和电流等），将转换开关置于相应的位置，然后确定测量的量程。
2）测量电压、电流时，所选量程最好使指针偏转在量程1/2以上位置。
3）指针式万用表的测试表棒有正、负之分，测试电路的电量时，连接应正确；即红色表笔接到红色接线柱或标有“+”号的插孔内，黑色表笔接到黑色接线柱或标有“-”号的插孔内。
图219 MF47型号
4）测量电压时，两表笔与被测电路测试部分并联相接；测量电流时，则于被测电路测试部分串联相接；测量电阻的阻值时，两表笔于电阻的两端相连；而测量晶体管、电容等的参数时，则应将其端子插入万用表面板上的指定插孔。
万用表
5）万用表的表盘上有多条标度尺，读数时应根据被测
电量，观看对应的标度尺，与量程挡联合读出正确的测量数值。
（2）使用时的注意问题。
1）将万用表接入电路前，应确保一定要查看所选挡位与测量对象是否相符，所选测量的类型及量程正确；误用电流挡、电阻挡测量电压极易造成万用表损坏。
2）测量时，须用右手握住两支表笔，手指不要触及表笔的金属部分。
3）万用表每更换一次量程，都应先调零（两表笔短接，调整调零旋钮，使指针指在零点），然后再测试；在电路中测量电阻的阻值时，应断电进行测量。
4）测量中若需转换量程，不可带电拨动转换开关，必须在表笔离开电路后才能进行，以免烧坏万用表。
5）测量结束后，应习惯将万用表的测量转换开关拨到“交流电压”最大量程挡，以免自己或他人在下次使用时因粗心而造成仪表的损坏。
6）万用表的测试表笔不能接反，否则在测量直流电量时会因正负极的反接而使指针反转，损坏表头部件。
