模拟电路

一、什么是电流

1.1 原子

一切都是原子构成，一个简单的原子模型可以简化成带正电荷的原子核在中央，周围环绕有若干个带负电的电子。同性相斥，异性相吸。

1.2 原子与电荷

原子核带正电，吸引带负电的电子，电子带负电之间又互相排斥。绝大多数固体材料，他们的原子核和电子靠的近是稳定的。

但是在金属固体里面，比如铜，电子离原子核远，是可以自由移动的。原子核原地不动，保持着材料的结构稳定，但是电子可能会在原子之间跳动。

1.3 电流的产生

如果一个电子不老实进行移动，那么附近的电子就会像多米诺骨牌一样不断移动。他们之间不断推着挤，就产生了电流。

1.4 电流的单位 安培

1000ma=1A

1.5 电路与电池

电路就是电流导通的道路，电池是一种特殊的通过化学反应产生能量的装置，电池正极吸收电子，电池负极发送电子。

1.6 电流方向

• 传统电学：电流从正极流向负极
• 真实世界：电流从负极流向正极

1.7 交流电(AC)与直流电(DC)

AC(交流电)

• 交流电的电流方向随时间变化
• 电荷会在正、负两个方向上流动，周期性的交替反向
• 交流电通常是通过电网供应的电力
• 用于各种大型较大功耗的电气设备和机械设备 如电视、电冰箱、微波炉

DC(直流电)

• 直流电是指电流方向不变的电流
• 电荷始终在同一个方向上流动
• 直流电源通常由电池或者其他直流电源供应
• 直流电常用于需要稳定电压和恒定方向的小型设备中 如手机、电动车

直流交流电的对比

1.8 开路与闭路

开路与闭路的区别在于电路中开关的状态是否闭合，这直接影响了电路中的电流是否能够流通，从而影响电路中的电气设备是否能够正常工作。

开路

当电路中的开关处于断开状态，电路就处于开路状态。在这种状态下，电流无法流通，电路中的电气设备也无法工作。

闭路

当电路中的开u按处于闭合状态，电路就处于闭路状态。在这种状态下，电流可以在电路中流通，电器设备也可以正常工作。

二、什么是电压

2.1 电压

电压就是电势能

什么是势能？势能是物理学描述的能量类型，说明物体具备的能量。

电压，电势能是指在电子在电路中的动能。单位通常为伏特(V)。电压是电力系统中的一种重要概念，它决定着电流流动的强度。电压越高，电子移动的越快，电流就会越大；而电压越低，电流就会越小。

三、电阻和欧姆定律

电压产生电势差，推动电流的流动

3.1 电阻

电压产生电势差，推动电流的流动

电阻是电子学中的基本概念，它是指电流经过导体时阻碍电流流动的程度、电阻的单位是欧姆。

电压、电阻和电流之间的关系

3.2 欧姆定律

欧姆定律是电学中的基本定律之一

他描述了电流和电压之间的关系。欧姆定律的公式为I=U/R，其中I是电流，U是电压。R是电阻。这个公式表面，在电阻不变的情况下，电压和电流成正比

欧姆定律的重要参数

• I 电流 单位 安 A
• U 电压 单位 伏 V
• R 电阻 单位 欧姆 R

3.3 欧姆定律的计算

串联电路

并联电路

串并联电路的计算

四、常见元器件

4.1 电阻器

作用就是阻碍电流的流动

电阻器的分类

电阻器的作用

电阻器是一种电子元器件，它可以提供一定的电阻，限制电流的流动。电阻器是由导体材料制成的，通过将导体材料绕制成螺旋状或折叠装，并将两端引出，形成一个固定电阻值的器件。

4.1.1 电阻的分类

基于功能和制作工艺划分。

• 普通电阻：普通电阻是一种最基本的电阻器，通常由一根或多根绕在绝缘体上的金属丝或碳膜组成，可以提供固定的电阻值，适用于各种电路中。
• 薄膜电阻：薄膜电阻是一种由金属或合金薄膜制成的电阻器，可以提供高精度和稳定性的电阻值，常用于精密仪器、测量仪器等高要求的场合。
• 光敏电阻：光敏电阻是一种电阻值受光照强度影响的电阻器，常用于光敏电路和光控系统中。
• 金属薄膜电阻：金属薄膜电阻器是一种由金属薄膜制成的电阻器，具有较高的精度和稳定性，适用于高精度电路中。
• 电位器：电位器是一种可调电阻器，通常由一个旋转或滑动的电阻器件和一个旋钮或滑动器组成，可以提供可调的电阻值，常用于电路的调节和控制。
• 旋钮可调电阻：旋钮可调电阻是一种可调电阻器，与电位器类似，但是旋钮可调电阻通常是用旋钮来改变电阻值，通常用于电子设备的调节和控制。
• 热敏电阻：热敏电阻是一种电阻值随温度变化而变化的电阻器，通常用于温度测量和控制系统中。
• 压敏电阻：压敏电阻是一种电阻值随压力变化而变化的电阻器，通常用于压力传感器和压力测量等应用场合。
• 高精度电阻：高精度电阻是一种精度较高的电阻器，通常具有稳定的电阻值和温度系数，适用于高精度仪器和精密测量仪器等场合。

4.1.2 电阻的数据手册

电阻我们主要关心：封装、标称、额定功率

• 封装：看电阻是什么样的，直插还是贴片的，大小是多大
• 标称：看电阻表的电阻阻值是多少，精确度是多少，精度越高越贵
• 额定功率：额定功率计算公式为：P=I*I*R=I*U，额定功率其实决定了耐压值。电阻能通过的最大电流是固定的，额定功率越高，耐压值就越高，超过了电阻的耐压值会导致电阻烧毁。

4.2 电容器

电容就是装电的容器，主要防止电压的突变

电容器是一种电子元件，用于储存电荷和能量。它由两个导体板和介质层组成，介质层位于两个导体板之间。 当电容器接入电路时，负电荷被储存在导体板上，并在两板之间产生电场。 电容器的单位是法拉（F），一个法拉等于存储一库仑电荷所需的电势差为一伏特的电容器。常见的电容器有电解电容器、陶瓷电容器、聚酯薄膜电容器、铝电解电容器等。 不同的材料介质，容纳电荷的能力不一样。电容的充放电是基于静电力的，不涉及化学反应变化，比锂电池更安全一些。

4.2.1 电容的分类

4.2.2 电容的单位

不同的材料介质，容纳电荷的能力不一样。 电容单位是法拉F

注意：法拉是个非常大非常大的单位哦，其他单位为mf，uf，nf，pf 1F（法拉）＝1000mF（毫法）

1mF（毫法）＝1000μF（微法）

1μF（微法）＝1000nF（纳法）

1nF（纳法）＝1000pF（皮法）

电容器的作用： 阻止电压的突变，储能，滤波（大电容滤低频，小电容滤高频）。 生活中的电容：充电器的电源灯并不是立刻断开，里面有电容，电荷慢慢释放掉。

4.2.3 电容的分类

基于功能和制作工艺划分

• 玻璃电容：使用玻璃作为介质的电容器，具有高温稳定性和低损耗等特点，常用于高频和高温环境下的电路中。
• 钽电容：使用钽金属作为电极的电容器，具有小尺寸、大电容量和高频特性等优点，常用于微型电路中。
• 薄膜电容：使用金属膜或金属箔作为电极的电容器，具有高精度、稳定性好等特点，常用于高性能电子器件中。
• 铝电解电容：使用铝箔和电解液作为电极的电容器，具有大电容量、低成本等特点，常用于低频和直流电路中。
• 云母电容：使用云母作为介质的电容器，具有高精度、高频特性等特点，常用于精密仪器和高频电路中。
• 空气电容：使用空气作为介质的电容器，具有高精度、稳定性好等特点，但体积较大，常用于高频和高压电路中。
• 陶瓷电容：使用陶瓷作为介质的电容器，具有小尺寸、高频特性和高温稳定性等优点，常用于电子设备中。
• 可调电容：具有可变电容值的电容器，常用于无线电和调谐电路中。
• 金属纸电容：使用金属化薄膜作为电极的电容器，具有高精度、稳定性好等特点，常用于高性能电子器件中。
• 超级电容：也称为电化学电容器，具有高能量密度、高功率密度和长寿命等特点，常用于储能系统和电动汽车中。

4.2.4 注意事项

有些电容有极性，正负极接反会爆炸

铝电解电容是一种极性电容，由于其特殊的结构和工作原理，如果接反了极性，可能会导致电容器失效或者损坏，甚至可能导致电容器短路或者起火等危险情况。

铝电解电容的结构是由一层氧化铝薄膜和一层电解液构成的。当正极连接正电压，负极连接负电压时，电解液中的氢离子会向氧化铝膜的负极移动，而负离子则向电解液的正极移动，形成一个稳定的电场，从而形成电容效应。如果电容器反接了极性，电解液中的氢离子会向氧化铝膜的正极移动，形成氢气，铝电解电容会爆浆。电容爆浆后压力较大，电解电容的外壳也是无规律的变形，有可能产生手榴弹爆炸后的效果，容易造成其他元器件的损坏。

4.3 电感器

4.3.1 电和磁的关系

电和磁可以互相转换。电机中的电流流过线圈，从而产生磁场，这个磁场将旋转部件（例如电动机轴）带动起来，这就是电磁感应原理的应用。

发电机和电机相反，通过旋转磁场，发电机可以转换机械能为电能。

4.3.2 什么是电感器

主要防止电流的突变

电感器是一种电子元件，用于在电路中储存和释放能量。他由一个线圈组成，通常由铜线绕成，通常带有一个铁芯。当电流通过电感器时，它会在线圈中产生一个磁场，从而储存能量。当电流停止流动时，磁场会崩溃，导致电感器逐渐释放储存的能量。

电感器的主要作用是在电路中调节电流的变化率。它可以用来过滤电路中的高频噪声，电感器两端的电流不会突变，保护其他电子元件不受到电磁干扰的影响。

电感器的核心要点

• 通过磁场储存能量
• 组织电流的突变

4.3.3 电感和电阻

理想的电感没有能量损耗

电感：电磁感应元器件，电会产生磁场，磁场又会抵制电流的变化。理想的电感没有能量损耗。 跟电阻不同，电阻阻碍电流，发热。 电感使用漆包线，纱包线等外部绝缘导线缠绕到铁芯上 电感的单位是亨利（Henry）表示为H，它的中文读法 是“恒利”，以英国物理学家亨利的名字命名。 电感的基本单位是：H（亨），它和电容一样，也是一个很大的计量单位，另外还有毫亨mh、微亨uh、纳亨nh 电感的作用； 电感可以作为电路稳定器的一部分，通过抵抗电路中电流 的变化，保持电路的稳定性和可靠性。