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1.1 掌握电子技术基础
电压、电流、电阻、电功率等是电子电路中最基础最重要的参数,通过这些参数可以了解电子电路的内在特性和工作状态。这些概念和知识也是电子制作的基础。
1.1.1 电压
电压,是指某点相对于参考点的电位差。某点电位高于参考点电位称为正电压,某点电位低于参考点电位称为负电压。电压的符号是“U”。电压的单位为伏特,简称伏,用字母“V”表示。
形象地说,电压就好比自来水管中的水压。如图1-1所示,水塔的水位高于水龙头的水位,它们之间的水位差即为水压。有了水压,自来水才能从水龙头里流出来。
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图1-1 水压的概念
对于一节电池来说,电压就是电池正、负极之间的电位差,如图1-2所示。一般以电池负极为参考点(电位为0V),那么电池正极的电压为“1.5V”。如果以电池正极为参考点,则电池负极的电压为“-1.5V”。
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图1-2 电压的概念
在电路中,通常以公共接地点为参考点。如果说电路中某点的电压是6V,其含义就是说该点相对于公共接地点具有6V的电位差。有了电压,才会有电流在电路中流动。
1.1.2 电流
电流,是指电荷有规则地移动。在电路中,电流总是从电压高的地方流向电压低的地方,就像水从高处流向低处一样。电流的符号是“I”。电流的单位为安培,简称安,用字母“A”表示。
有时我们为了分析电路需要,可以预先设定一个电流的方向。这时,实际电流的方向与预设方向相同的称为正电流,实际电流的方向与预设方向相反的称为负电流。
图1-3所示手电筒电路中,如果我们规定电流的方向为从上到下,那么图1-3(a)中电流I=0.25A。如果我们将电池颠倒过来装入手电筒,如图1-3(b)那样,那么电流I=-0.25A。
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图1-3 电流的概念
1.1.3 电阻
电阻,是指电流在电路中所遇到的阻力,或者说是指物体对电流的阻碍能力。电阻越大,电流所受到的阻力就越大,电流就越小。电阻的符号是“R”。电阻的单位为欧姆,简称欧,用字母“Ω”表示。
1.1.4 欧姆定律
电流在电压的驱动下、在电阻的限制下流动。电压、电流、电阻三者之间存在着必然的、内在的、互相制约的关系,欧姆定律就是反映电压、电流、电阻三者之间关系的数学公式。
欧姆定律:电路中电流的大小等于电压与电阻的比值,即。
实际上,我们只要知道了电压、电流、电阻三项中的任意两项,就可以通过欧姆定律来求出另外一项。即欧姆定律还可以写作以下两种形式:U=IR,R=。
1.1.5 电功率
电功率简称功率,是指电能在单位时间所做的功,或者说是表示电能转换为其他形式能量的速率。功率的符号是“P”。功率的单位为瓦特,简称瓦,用字母“W”表示。功率在数值上等于电压与电流的乘积,即P=UI。
例如,某盏电灯在点亮时的电流约为0.455A,那么这盏电灯在点亮时的功率为P=220V×0.455A=100W,如图1-4所示。
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图1-4 电功率的概念
电路中的元器件在工作时会产生热量,这些热量是由电能转换而来的,它与元器件在工作时所消耗的功率,或者说所加的电压和所通过的电流有关。
1.1.6 并联
并联是指两个物体并行连接在一起。
例如,电阻的并联如图1-5所示,两个电阻R1、R2并联后,等效为一个电阻R,其总阻值。当R1=R2时,
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图1-5 电阻的并联
电容的并联如图1-6所示,两个电容C1、C2并联后,等效为一个电容C,其总容量C=C1+C2。当C1=C2时,C=2C1。
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图1-6 电容的并联
电灯的并联如图1-7所示,两个灯泡EL1、EL2并联连接在220V电源上,每个灯泡都得到220V电压。
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图1-7 电灯的并联
测量电压时一般采用并联方式,如图1-8所示,电压表PV并接在灯泡EL上,即可测量灯泡上的电压。
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图1-8 并联测量电压
1.1.7 串联
串联是指两个物体首尾相连串接在一起。
例如,电阻的串联如图1-9所示,两个电阻R1、R2串联后,等效为一个电阻R,其总阻值R=R1+R2。当R1=R2时,R=2R1。
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图1-9 电阻的串联
电容的串联如图1-10所示,两个电容C1、C2串联后,等效为一个电容C,其总容量。当C1=C2时,
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图1-10 电容的串联
电灯的串联如图1-11所示,两个功率相等的灯泡EL1、EL2串联连接在220V电源上,每个灯泡得到一半电压,即110V电压。
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图1-11 电灯的串联
测量电流时一般采用串联方式,如图1-12所示,电流表PA串接在灯泡EL的电路中,即可测量灯泡的电流。
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图1-12 串联测量电流