了解电子学基础知识对某些人来说可能是一项艰巨的任务,而其他人则发现掌握电流和电压概念非常容易。本指南将逐一介绍电子学的每个基本概念,并确保你理解并深入了解每个主题而不会感到厌烦。让我们开始吧!
初学者电子学—基本术语
在深入研究基本术语之前,你必须了解什么是电荷,有两种类型,正极和负极。同性电荷相斥,异性电荷相吸。每个原子都有正电荷和负电荷,正电荷在原子核内部,称为质子,而负电荷,称为电子,位于原子核周围的轨道上。
这些电子要么留在轨道内,要么作为自由/移动电子移动,具体取决于它们所属的元素类型。如果你查看周期表,请注意元素分为三类;金属、半导体和非金属。金属元素具有移动的电子,这就是它们被称为导体的原因,而非金属则紧紧抓住它们的电子,因此使它们成为不良导体。
电流
那什么是电流呢?它是电荷的流动速率,这意味着如果你计算一秒钟内通过电线内一个点的电荷数,那么你将得到流过它的电流量。
电路中电流的方向是什么?电子流动的路径称为电流,而常规的是相反的方向。你可能会说这是正电荷的流动。在电路中,传统的电流路径是从电池的正极到负极,如下图所示。
电压
两点之间的电荷差被定义为电压。为了更好地理解它,请考虑能量类比。如果一个球出现在山顶上,与它滚下并到达底部后剩下的能量相比,它具有大量的势能。在此过程中,球会失去动力以换取完成一些功。同样,电子在电路中移动时会经历能量变化。两点之间的能量差称为电压。
欧姆定律与电路中的电压和电流有关。这是它的内容:
V=IR
其中V是以伏特为单位的电压,I是以安培为单位的电流,R是以欧姆为单位的电阻。
我们将在下一节详细介绍电阻器。下面的电路演示了如何测量电阻器两点之间的电压。
功率
通常,功率定义为能量传输速率。我们都知道能量不能被破坏,但它可以从一种形式转变为另一种形式。例如,当一块石头滚下山坡时,势能转化为动能;这种传输发生的速度有多快是衡量功率的另一种方法。
在电子学中,电能被转换为其他形式的能量,反之亦然。例如,当电池供电时,化学能转化为电能。同样,灯泡点亮是将电能转化为光能的结果。
总而言之,我们可以说电功率是电能的传输速率。从数学上讲,功率是电压和电流的乘积,表示为:
P=VI
其中P是以瓦特为单位的功率,V是以伏特为单位的电压,I是以安培为单位的电流。
考虑上面显示的电路。我们可以使用上面提到的等式来计算负载消耗的功率。我们需要知道电压和电流的值。为了计算电流,我们将使用欧姆定律。重新排列欧姆定律方程,我们得到:
I= V / R
= 9V/ 10Ω = 0.9 安
现在我们可以计算出电阻消耗的功率为:
P=VI
=(9)(0.9)
P = 8.1W
10Ω 电阻消耗的功率为 8.1 瓦,这是该电路中电能的传输速率。
交流和直流
你一定听说过有两种类型的电路;交流和直流。什么是交流电和直流电?您如何区分这些术语?
AC 代表“交流电”,而 DC 代表“直流电”。在直流电路中,电流仅沿一个方向流动,而在交流电路中,它会在固定的时间间隔后改变方向。这允许两个电路表现出不同的特性并服务于各种应用。
直流电主要用于数字和逻辑电路,而交流电则存在于我们家庭的电气系统中。由于交流电周期性地改变其方向,因此它被表示为具有特定频率和振幅的正弦波。直流电被描述为一个恒定的水平,一条直线,因为它不会变化。
现在你已经了解了电子学的基本词汇,让我们来看看一些常见的电路元件,看看它们是如何工作的。
电阻器
电阻器是电子电路的基本元件。它对受欧姆定律支配的电流产生反作用力,这种反作用力可帮助设计人员根据他们的要求设置电路中的电流值。例如,如果你正在处理需要较少电流的电路,则必须在电路中引入高电阻值。
原理图符号表示
电阻包的类型
电阻器有不同类型的封装。它们可分为 SMD(表面贴装器件)和轴向电阻器。SMD 电阻器通常用于 PCB 和电子设备设计中。这些电阻器由数字代码区分,称为英制代码,指的是 SMD 电阻器的尺寸。
一些常见的 SMD 电阻示例是 0603 和 0805。0603 转换为 0.06 英寸的长度和 0.03 英寸的宽度。同样,代码 0805 表示长度为 0.08 英寸,宽度为 0.05 英寸。SMD 电阻器尺寸转换为不同的额定功率,例如,0603 电阻器的额定值为 0.10 瓦,而 0805 的额定值为 0.125 瓦。其他帝国代码包括 0201、0402、1206、1210、1812、2010 和 2512。
另一方面,学生和爱好者常用的圆柱形电阻器是轴向电阻器。它们具有颜色编码方案,使我们无需使用万用表测量即可确定电阻值。轴向电阻器有不同的类型,包括碳膜、金属膜、线圆和碳成分。
颜色编码
起初,电阻器颜色编码方案对您来说似乎有点困难,但是当您深入研究电子产品时,您会发现它非常容易理解。每个轴向电阻都有四个色带,其中三个表示电阻值,第四个表示电阻的容差值,颜色为银色或金色。
读取电阻值时,始终保持右侧的公差带并从左侧读取颜色。下表显示了每种颜色代表的值。
考虑一个具有棕色、黑色、橙色和金色条纹的电阻器。解码它的阻值,我们看上表。棕色对应第一位,即1,黑色对应0,即第二位。这使它成为 10。然后,橙色代表乘数;103,金色代表5%的公差。这会产生 10kΩ 的电阻值,容差为 5%。
并联与串联
你可以通过两种主要方式连接两个或多个电阻器;串联和并联。串联连接是将两个电阻器一个接一个地连接起来,而并联连接是将一个电阻器的两端连接到另一个电阻器的两端。下面的电路图显示了如何串联和并联连接两个电阻。
在并联连接中,来自电池的电流 I 分为两个电流 I1 和 I2。通过并联电阻后,这些独立的电流再次汇合形成电流 I,流回电池。两个电阻两端的电压保持不变。因此,您应该记住,在并联电阻器中,电流分流,而电压保持不变。
并联电阻的总电阻值使用以下公式计算:
R(总计)=(1/ R1 +1/ R2)^- 1
在上图中,我们有电阻值分别为 10kΩ 和 1kΩ 的电阻器 R1 和 R2。我们可以计算总电阻为:
R(总计)=(1/ 1 10k +1/ 1 1k)^ -1
R(总计)=((10k+1k)/ 10k)^- 1
R(总计)=(11k/ 10k)^- 1
R(总计)=(10k/ 11k)
R(总计)= 0.9kΩ
然而,在串联连接中,流过电阻器的电流在分压时保持不变。串联电阻的总值可以通过简单地将各个电阻值相加来计算。
R(总计)=R1+R2
使用电路图中的值,我们可以将总电阻计算为:
R(总计)=10k+1k
R(总计)=11kΩ
电容器
电子电路中第二常见的元件是电容器。它是一种电荷存储设备,由两个平行的金属板制成,由介电层隔开。金属板带有相反的电荷并具有存储电荷的能力。电容器通常用于耦合和去耦目的,作为电荷储存器,并为电压波形提供舒缓效果。
有两种类型的电容器,极化和非极化。您需要以与其极性互补的方式连接极化电容器。他们的一条腿标有“+”号,而另一条腿标有“-”号。电容器的正极必须始终连接到电源的正极。负极腿必须与电源的负极端子连接。
并联与串联
与电阻器一样,您也可以串联或并联电容器,具体取决于您的应用。电容以法拉为单位测量,电容的总值在两种配置中变化不同。让我们一一查看每个设置。
要计算并联电容器的总电容,我们只需将这些值相加即可。
C(总计)=C1+C2
C(总计)=100μF+10μF
C(总计)=110μF
但是,假设电容器串联连接。在那种情况下,它们的电容值先取反,然后相加,然后再往复,就像我们并联计算电阻器的电阻一样。
C(总计)=(1/ C1 + 1/ C2)^- 1
C(总计)=(1/ 100μF + 1/ 10μF)^ -1
C(总计)=(11μ/ 100μ)^ -1
C(总计)= 100 / 11
C(总计)=9.09uF
通孔与 SMD
电子元件有不同类型的封装,主要有通孔和SMD。您可以将通孔部件固定在面包板和原型板上,因为它们具有很长的导电腿,可以轻松插入。这就是它们被称为通孔器件的原因。另一方面,表面贴装器件 (SMD) 用于 PCB 和微控制器板等电子设备。SMD元件通常比通孔元件小得多,只占据电路板的一侧。因此,通过使用 SMD 组件,您可以设计更小的设计。
什么是电路?
当你连接多个电子元件并将它们连接到交流或直流电源时,您就会得到一个电路。这并不意味着您在不知道其额定功率的情况下就开始连接电路元件,因为那样的话,您可能会遇到爆炸性的情况。从形式上讲,电路是由导线连接的电子元件的组合,电流可以在其中流动。
建立电路
构建一个简单的电子电路需要什么?你需要工程学位吗?当然不是!您可以通过几个简单的步骤学习如何构建简单的电路。
首先,您需要决定使用哪种电源。之后,您需要选择电路元件并弄清楚如何连接它们。
例如,我们正在构建一个放大器电路,它使用 LM386 IC 以及一些电阻器和电容器。一个 9V 直流电池为电路供电。输出由扬声器接收,它是输入信号的放大版本。该电路中的电容器用于多种用途。在某些地方,它们会阻止直流并将信号从输入耦合到输出,在其他地方,它们会提供额外的电流,以防止电源电压下垂,并在重负载下保持 9V 平滑。在某些情况下,它们用于过滤不需要的频率。
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