直流电路理论

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原子是化学反应不可再分的最小微粒。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电,周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的反质子带负电,从而使负原子的原子核带负电。

当这些质子,中子和电子在原子内在一起时,它们表现为稳定状态。但是,如果我们使用一定的力量将它们彼此分开,就会产生很多种承载电荷的载子。例如:导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子体内的电子和离子、强子内的夸克。这些载子的移动,形成了电流。

现在,如果我们创建一个闭合电路,这些自由电子移动原子核,这是由于原子核内质子吸引而产生了电子流。电子的这种流动称为电流。电子不能自由地流过电路,因为承载的材料会限制电子的流动。这种限制称为电阻

所有基本电路或电子电路都由三个相互独立但关系密切的电量组成,这些电量称为:电压(V),电流(A)和电阻(Ω)。

电压

电压V)是以电荷形式存储的电源的势能。你可以理解电压是推动电子通过导体的力,电压越大,其通过给定电路“推动”电子的能力就越大。由于能量具有做功的能力,因此这种势能可以描述为以焦耳为单位将电子以电流形式从电路中的一个点或一个节点移动到另一个点或另一节点所需的功。

然后,电路中任意两个点,连接或结(称为节点)之间的电压差称为电位差(pd),通常称为电压降

两点之间的电位差的测量单位伏特与电路符号V,或小写字母“v“,或者使用E或小写e来表示电动势。

恒定电压源称为DC电压,其电压随时间周期性变化的电压,称为AC电压。电压以伏特为单位,一伏特定义为通过一欧姆的电阻流过一安培的电流所需的电压。电压通常以伏特表示,其前缀用于表示电压的约数,例如微伏μV= 10-6V),毫伏mV = 10-3V)或千伏kV = 103V)。电压可以为正或负。

电池通常用于在电子电路和系统中产生稳定的DC(直流)电压源,例如5v,12v,24v等。AC(交流)电压源可用于家庭住宅和工业用电,照明以及电力传输。目前,中国的市电电压为220伏交流电,美国为110伏交流电。

一般的电子电路上的1.5V至24V直流通常使用电池符号表示恒定电压源的电路符号,电池电源工作+和负,-符号表示极性的方向。交流电压源的电路符号是一个内部带有正弦波的符号。

电压符号

交直流电源图

你对电压也可以这样理解,各种电压源类似一个水箱,水位和出水口的高度差越大,水压越高,相似的电压越高,同等的电阻情况下输出的能量就越大。

电压为电路中任意两个点之间的电位差,这两个点之间的电压通常称为“电压降”。请注意,没有电流电路两端可以存在电压,但是没有电压就不能存在电流,因此任何电压源(无论是DC还是AC都不可以短路,这样会使电源损坏)。

电流

导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。以安培(符号A)进行测量。实际上,电子从电源的负(–ve)端子流向电源的正(+ ve)端子,为了便于理解电路,常规电流假设电流从正极流向负极。

通常,在电路图中,流经电路的电流通常是指电源正极经过电路到电源负极来指示电流方向。但是,这并不是电流的真正方向。

常规电流

电路电流方向图

在电路中,这是电流的流动方向,从正到负。上图显示了正电荷在闭合回路中的运动,该闭合回路从电池的正极流过电路并返回到电池的负极端子。这种从正到负的电流通常称为常规电流。

为了顺应这一思路,在所有电路图和示意图中,二极管和晶体管等组件的符号上所示的箭头指向常规电流的方向。常规电流给出了从正到负的电流,这与电子的实际流动方向相反。

电子电流

电子电流方向图

电路中电子流动的方向与常规电流流动的方向相反。电路中实际流动的电流由从电池负极流出并返回电池的正极。

电子上的电荷为负,因此被吸引到正极上。电子的这种流动称为电子电流。因此,电子实际上在电路中从负极流向正极。

两个传统电流电子电流是教科书上的概念。实际上,电流的方向不会影响电路中电流的作用。通常,只要了解常规电流(从正到负)就可以。

在电子电路中,电流源是提供一定电流量(例如1A,5A,10安培等)的电路元件,恒流源的电路符号用圆圈表示,内部箭头表示其方向。

电流以安培为单位,安培或安培定义为在一秒钟内通过电路中某个点的电子或电荷的数量(库仑的Q

电流通常以安培表示,其前缀用于表示微安μA= 10-6A)或毫安mA = 10-3A)。注意,电流可以是正值,也可以是负值,这取决于电流在电路中的流动方向。

在单个方向上流动的电流称为直流电,即DC,而在电路中随时间正负和电压大小变换的电流称为交流电AC。交流还是直流电仅在将电源连接到电路时才有电流,其“流量”受限于电路的电阻和电源电压。

另外,由于交流电(和电压)是周期性的,并且随时间变化,因此,有效值或均方根值(均方根)的值为Irms会产生与直流电流Iaverage相等的平均功率损耗 。

还拿水箱做比喻,电流等于通过管道的水流量,相同的水位,管道越粗(电阻小)水流越快,对应电流越大。相同的管道,水位越高(电压高)水流越快,对应电流越大。反之,反之。

电阻

电阻R)是材料抵抗或阻止电流流动,或更具体地说,是阻碍电路内电荷流动的能力。这种电路元件称为“电阻”。

电阻的测得单位是欧姆,使用希腊符号(Ω,欧米茄)与前缀用于表示千欧姆kΩ的= 103Ω)和兆欧姆MΩ= 106Ω)或者毫欧姆mΩ= 10-3Ω)。注意,电阻值不能为负,而只能为正。

电阻符号

电阻符号图

电阻所具有的电阻值取决于材料的性质、截面积和长度,这些性质确定电路元件是“良导体”(低电阻)还是“绝缘体”(高电阻)。低电阻(例如1Ω或更小)意味着电路是由铜,铝或碳等材料制成的良导体,而高电阻(1MΩ或更高)则意味着电路是由绝缘材料(例如玻璃,瓷器)制成的绝缘体。

另一方面,诸如硅或锗的“半导体”是其电阻介于良导体和良绝缘体之间的一半的材料。因此,名称为“半导体”。半导体用于制造二极管和晶体管等。

电阻本质上可以是线性或非线性的,但绝不能为负。线性电阻遵守欧姆定律,因为电阻两端的电压与流过电阻的电流成线性比例。非线性电阻不符合欧姆定律,但其两端的电压降与电流的某些功率成正比。电阻不受频率影响,电阻的AC阻抗等于其DC电阻,因此不能为负。

电阻为无源电路元件,因此无法传递功率或存储能量。相反,电阻吸收电能以热和光形式输出能量。无论电压极性和电流方向如何,电阻中的功率始终为正。

对于非常低的电阻值,例如毫欧(),有时使用电阻的倒数(1 / R)比电阻(R)本身容易得多。电阻的倒数称为“电导”,符号(G),代表导体或设备导电的能力。

换句话说,就是电流流动的难易程度。高电导率意味着良好的导体,例如铜,而低电导率意味着劣质的导体,例如木头。电导率的标准度量单位是Siemen,符号(S)。

用于电导的单位是mho(向后拼写的欧姆),由反欧姆符号symbol表示。功率还可以使用电导式表示:P = I2/ G = V2ģ

在恒定电阻R)的电路中,电压v)和电流i)之间的关系将产生一条直线iv关系,其斜率等于所示的电阻值。

电阻曲线图

电压,电流和电阻摘要

希望到现在为止,您应该对电压电流电阻之间的关系有所了解。电压电流电阻之间的关系构成欧姆定律的基础。在固定电阻的线性电路中,如果我们增加电压,电流会上升,同样,如果我们降低电压,电流会下降。这意味着,如果电压高,则电流高;如果电压低,则电流低。

同样,如果增加电阻,则在给定电压下电流下降,而如果减小电阻,则电流上升。这意味着如果电阻高,则电流低,如果电阻低,则电流高。

然后我们可以看到电路电流与电压成正比()(V↑导致I↑),而与电阻成反比(1 / ∝)与电阻成比例,因为(R↑导致I↓)。

这三个单元的基本摘要如下。

  • 电压或电位差是电路中两点之间势能的度量,通常称为“电压降”。
  • 当电源连接到闭环电路时,电压将产生在电路中产生流动的电流。
  • 在直流电压源中,符号+ ve(正)和-ve(负)用于表示电源的极性。
  • 电压以伏特为单位,符号V代表电压,E代表电动势。
  • 电流是通过电路的电子流和空穴流的组合。
  • 电流是电路中的连续和均匀的流动,单位为安培
  • 电流与电压成正比(I ∝ V)
  • 交流电的有效(rms)值具有与流经电阻的直流电相同的平均功率损耗。
  • 低电阻值表示导体,高电阻值表示绝缘体。
  • 电流与电阻成反比(I 1 / ∝ R
  • 电阻单位是欧姆或者希腊符号Ω或字母R

在下一个有关直流电路的教程中,我们将研究欧姆定律,它是一个数学方程式,解释了电路内电压,电流和电阻之间的关系,并且是电子和电气工程的基础。欧姆定律被定义为:V = I * R

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