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电路原理 ​

基础内容 ​

电路模型/定律 ​

  • DC直流电 AC交流电
  • 实际电路：按预期目的连接构成的电流通路。
    • 功能1-能量的传输、分配与转换；【本文主要内容-电路原理】
    • 功能2-信息的传递、控制与处理【模电数电内容】
  • 电路模型：反映实际电路部件的主要电磁性质的-理想电路元件及其组合。
  • 理想电路元件：有某种确定电磁性能的理想元件。
    • 基本理想电路元件
      • 电阻元件-表示消耗电能的元件
      • 电感元件-表示产生磁场，储存磁场能量的元件
      • 电容元件-表示产生电场，储存电场能量的元件
      • 电压源和电流源-将其它形式的能量转化为电能的元件
    • 理想电路元件 特征
      • 只有两个端子，一个元件引出两头
      • 可用电压或者电流，按数学方式描述
      • 不能分解为其他元件
  • 参考方向
    • 电压与电流方向一致时，电流与电压称为“关联参考方向”
    • 电压与电流方向相反时，电流与电压称为“非关联参考方向”
  • 其他注意
    • 具有相同主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下，可用同一电路模型表示。
    • 同一电路部件在不同条件下，其电路模型可以有不同的形式。

电流 ​

  • 电路中的物理量：电压、电流、电功率、电荷、磁链、能量等。
  • 电流：带电粒子有规律的定向运动
    • 电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量
    • 电流方向：正电荷的运动方向为电流的实际方向；电子运动的反方向
    • 参考方向：任意假定一个正电荷运动的方向
      • 示意图中用箭头表示
      • 双下标表示：Iₐₑ ，电流参考方向由a到e
  • 单位：A (安培) 1kA = 1000A = 1000,000mA = 1000,000,000uA
    • 1A表示 1s内由1库仑电子通过导体横截面
    • 库仑C，电荷量单位，1C是6.242×10的18次方个电子

电压 ​

  • 电压U：电场力作用下，单位正电荷q 从电路中的一点移动到另一点时，电场力所做功W 的大小。W=FS U=W/Q
  • 电位φ：电场力作用下，单位正电荷从电路中一点移动到参考点时，电场力所做功的大小。
  • 电压实际方向：电位真正降低的方向
  • 电压参考方向：由正极到负极
    • 示意图中用箭头表示、正负极表示、双下标表示 Uₐₑ 参考方向由a到e
  • 电压单位：1V（伏-伏特）、kV、mV、μV（微伏）
  • 能量单位J（焦-焦耳）：1V代表电场对1C电荷做1焦耳功

电功率 ​

  • 概念：单位时间内电场力所做的功
  • 功率P单位：W（瓦-瓦特）
sh
p = dw/dt    	p=w/t	P=UI
U = dw/dq		U=W/Q
i = dq/dt		I=Q/t	I=U/R
J = Wt
R = U/I
G = 1/R	 # 电导=1/电阻

电阻元件 ​

  • 概念：对电流呈现阻力的元件，其特性为U、I的一条曲线
  • 线性时不变电阻元件：任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件
  • 电阻R：Ω（欧姆）1MΩ = 1000kΩ = 1000,000Ω
  • 电导G：S（Siemens）
  • 注意
    • 欧姆定律仅适用于线性电阻（R为常数）
    • 非关联参考方向中，公式应加负号，u=-ir

理想电压源 ​

  • 概念：两端电压总能保持定值或一定的时间函数，与流过它的电流无关的元件
  • 电压源功率：理想电压×电流

理想电流源 ​

  • 概念：其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，与它两端的电压u无关的元件
  • 理想电流源的输出电流由电源本身决定，与外部电路无关、与两端的电压大小、方向无关。

常用定律 ​

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其他基础概念 ​

  • 短路

  • 断路

  • 通路

  • 直流电

    • 固定的正负极，电流保持从正极到负极；以弱电为主，如干/锂电池、电平、光伏发电板

  • 交流电

    • 电流大小方向，随着时间交替变化，通常以大功率电器为主；没有正负之分，分火线零线

  • 弱电：一般电压较低，国家规定安全电压，交流36V以下，直流24V以下

    • 通常用于直流电路，信号传递。

  • 强电：一般电压较高，如220V家电，1000V以上高压电，用于传递能量

  • 串联电路

    • 电流关系：I 总＝IR1 =IR2
    • 电阻关系：R总＝R1+R2+...+Rn
    • 电压关系：U总＝UR1+UR2+...+URn; UR1=R1I; UR2=R2I;

  • 并联电路

    • 电流关系：I总＝IRi+IR2；分流电路，总电流等于各支路电流之和。
    • 电阻关系：1/R总＝1/R1+1/R2+...+1/Rm，两个电阻R总＝RiR2/(R1+R2) 短路
    • 电压关系：U总＝URI=UR2=...URn;

常见电子元器件 ​

  • 常见：电阻器、电容器、电感器、保险丝、接插件、蜂鸣器、电池等

  • 封装不同分为：插件式、贴片式

电阻 ​

  • 电阻器：阻碍电流运动

    • 电阻额定功率：正常气候下，长时间连续安全工作可承受的最大功率。利用P=I*I*R*t可得最大电流
    • 例：额定功率 1/4W，阻值为1kΩ，则电流最大可为 15mA
    • 精度：一般1%-5%的误差，精度越高，价格越贵

  • 分类

    • 固定电阻：

      • 碳膜电阻-民用家用电器；金属膜电阻-精密仪器/医疗设备；
      • 薄膜电阻-精度高/军工航空；厚膜电阻-精度不高/电子产品；
      • 绕线电阻-体积小功率大

    • 可变电阻

      • 滑动变阻器、亮度\声音调节等..

    • 特种电阻

      • 光敏电阻
      • 压敏电阻：两端电压超过额定电压时，阻止降低。一般用于吸收过电压，浪涌保护和雷击保护等

    • 电阻读值（一般用万用表测量）

      • 直标法

        • RX24-50W-4RJ 绕线24型号-50W功率-4R电阻-J ±5%误差
        • 10W200ΩJ 50W100RJ
        sh
        A 	±0.05%
B	±0.1%
C	±0.25%
D	±0.5%
F	±1%
G	±2%
J	±5%
K	±10%
M	±20%

      • 两位有效数法 - 精度一般为 ±5%

      sh
      123 12000Ω
472	4700Ω
2R4	2.4Ω
R15 0.15Ω
      • 三位有效数 - 精度一般为 ±1%
      sh
      1001	1000Ω
R500	0.5Ω 500mΩ
      • 精密电阻表 查表 xxABCD..
      • 色环法 查表

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电容器 ​

  • 电荷的容器，单位 法 F，1F代表升压1V可存储1C电量，单位较大，常用uF、mF
  • 1F法拉 = 1000 mF = 1000,000 uF = 1000,000,000 nF = 1000,000,000,000 pF
  • 容抗：电容对电流的阻碍作用，Xc = 1/2ΠfC f 交流电的频率，C电容器电容
  • 电容特性：充/放电、隔绝直流电、通交流电
  • 电容参数
    • 容量：储存电能的大小
    • 耐压值：能够承受的电压
    • 容差：实际容量与额定容量之间的差值
  • 分类
    • 固定电容
      • 电解电容(有极性)：直插式、封装贴片
      • 瓷片电容
    • 可变电容：少见，可调节两极片间的相对面积，从而达到调节电容大小的目的
    • 超级电容：较大且较危险，一般用于汽车、备用电源、风力发电等领域
  • 电容容量识别
    • 直接标注
    • 乘方数表示法 10*10的1次方 101 = 100 pF 103 = 10000pF = 10nF
    • 字母表示法 1p5 = 1.5pF 4u7 = 4.7uF
    • 贴片电解电容：直接读，单位uF

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电感器 ​

  • 电感：具有绝缘外皮的铜丝缠绕形成
  • 对直流电无用，对交流电有阻碍作用
  • 单位：H亨，常用范围mH、uH、1H=1000mH =1000000uH
  • 作用
    • 电感储能-以磁场的方式储存电能
    • 通直流电， 隔绝交流电；频率越快，感抗越大
  • 电感参数
    • 电感量：储能/磁能的作用，与线圈面积、圈数有关，在电路中用L表示
    • 直流电阻DCR：金属导体固有的电阻，通常要求电阻的阻值尽可能小
    • 误差
  • 常见
    • 磁环电感
    • 贴片电感
  • 大小识别
    • ....

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继电器 ​

  • 作用：用小电流控制大电流运作的一种"自动开关"，通常起保护、转换电路等作用，通电产生磁性，从而改变线路的连接情况，实现弱点控制强电

  • 参数

    • 额定电压：继电器线圈在正常工作状态下能承受的最大电压

    • 最大切换电流：继电器触电在额定电压下，通过继电器触点的最大电流

    • 最大切换电压：继电器触电可以在小于最大切换电压的情况下进行正常的开关操作

    • 触点形式

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  • 常见类型

    • 单刀双掷
    • 单刀单掷

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保险丝 ​

  • 可看作一种特殊的电阻，在电路中电流高于某一额定电流时熔断，从而起到保护后续电路元器件作用
  • 分类
    • 一次性保险丝
    • 自恢复保险丝
  • 参数
    • 额定电压：处于安全工作状态所安置的电流最高电压
    • 额定电流
    • 熔断速度：特慢TT、慢速T、中速M、快速F、特快FF

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接插件 ​

  • 常见
    • 按键
    • 插针
    • 排母
    • 插拔式端子
    • 杜邦线
    • 跳线帽

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蜂鸣器 ​

  • 发出滴滴声音的元器件，如洗衣机操作按钮、烟感报警器提示音..
  • 存在线圈-类似电感-储能、隔交通直
  • 分类【驱动方式】
    • 有源蜂鸣器 - 源指音频震荡源 - 万用表测阻值极小/测不到
    • 无源蜂鸣器 - 万用表可测出阻值
  • 参数
    • 额定电压
    • 工作电压：发出声响的电压范围
    • 消耗电流（工作电流）：可正常发出声响的电流范围

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电源 ​

  • 类型：电池
  • 以化学能形式放电，电压会随着放电降低
  • 参数
    • 额定电压
    • 电池容量：毫安时 mAh 200mAh表示在额定电压下，电池可提供200mA恒流持续1h
  • 分类
    • 不可充点电池：纽扣电池
    • 可反复充电电池
  • 应用场景
    • 为单片机时钟芯片供电，单片机未通电时仍保持时间日期不变

稳压电源芯片 ​

  • 稳压电源芯片 / 电源管理芯片，专门用于控制输出电压稳定的电子芯片，可将不稳定的电源电压，通过内部反馈控制电路，转换为稳定的输出电压。常见输出5V、3.3V
  • 参数
    • 输入电压
    • 输出电压
    • 输出电流
  • 常见
    • 7805稳压电源芯片 - 输入35V，输出5V【过热-退出历史舞台】
    • AMS1117-3.3 稳压电源芯片 - 【常用】

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散热片 ​

  • 本质：就是个铝片，用于散热，常见散热还有硅胶

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万用表 ​

略

电路仿真软件 ​

  • 除仿真外，可通过测试打样板真实使用，或面包板

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