一、電阻
1.電阻的基本概念
電阻是導體對電流阻礙作用的物理量,符號為R,單位為歐姆(Ω)。電阻的大小由導體的材料、長度、橫截面積和溫度共同決定。
電阻公式
導體的電阻R可通過以下公式計算:
- ρ:電阻率(材料特性,單位Ω·m)
- l:導體長度(單位m)
- A:導體橫截面積(單位m2)
2.電阻的分類
2.1 固定電阻
????????碳膜電阻:成本低,精度一般,用于普通電路
????????金屬膜電阻:精度高,溫度穩定性好,適用于精密儀器。
????????線繞電阻:功率大,耐高溫,用于大電流場合。
2.2 可變電阻
????????電位器:阻值可手動調節,用于音量控制等。
????????熱敏電阻:阻值隨溫度變化,分為PTC(正溫度系數)和NTC(負溫度系數)。
????????光敏電阻:阻值隨光照強度變化,用于光控電路。
3.電阻的連接方式
串聯電阻
總阻值為各電阻之和:
R_總?= R_1 + R_2 + ...?+ R_n?
并聯電阻
總阻值的倒數為各電阻倒數之和:
1/R_總?= 1/R_1?+ 1/R_2?+ ...?+ 1/R_n
4. 電阻的色環標識
通過色環顏色和位置表示阻值與精度,常見4環或5環標注:
- 4環電阻:前兩環為有效數字,第三環為倍乘,第四環為誤差。
- 5環電阻:前三環為有效數字,第四環為倍乘,第五環為誤差。
色環顏色對應表:
對照阻值表計算阻值:
(1) 3位讀數:前2位為有效數字,第3位表示10的n次冪(也可以理解為0的個數)。精度為±5%
(2) 4位讀數:前3位為有效數字,第4位表示10的n次冪(也可以理解為0的個數)。讀法和3位的原理一樣,精度為±1%
(3) 阻值小于10的讀數:通常在兩個數之間插入一個字母R,用字母R來代替小數點。
二、電容
1.電容的基本概念
電容是電子元件中存儲電荷的能力,單位為法拉(F)。由兩個導體及其間的絕緣介質構成,公式為:C = Q/U
其中C為電容,Q為存儲電荷量,U為導體間電壓。
2.電容的類型
固定電容:如陶瓷電容、電解電容(分極性)、薄膜電容。
可變電容:如調諧電容,常用于射頻電路。
超級電容:高容量,用于能量存儲和快速充放電場景。
3.電容原理
RC電路是由電阻(Resistor)?和電容(Capacitor)?兩種基本元件組成的電路。
充電過程:
放電過程:?
?
4.電容的作用
主要作用就是"通交隔直,通高阻低",電容能近似通交流電,因為是開路所以直流電無法通過,頻率高的電源可以近似同過,頻率低的就近似無法通過。
t1前是充電,t1~t2放電;t2~t3充電,t3~t4放電,只要頻率足夠大,就類似突然接通正向電壓,開始充電,然后放電,再接通反向電壓充電,再放電。
4.1 儲能作用
電容最基本的作用是存儲電能,類似于一個"電子水庫"。
E = ?CV2
儲能公式:E為存儲的能量,C為電容值,V為電壓
應用場景:
- 相機閃光燈:瞬間釋放大電流
- 電子設備備用電源
- 脈沖電路的能量存儲
4.2 濾波作用
電容能夠濾除電路中的交流成分,保留直流成分,起到"電子過濾器"的作用。
Xc = 1/(2πfC)
容抗公式:Xc為容抗,f為頻率,C為電容值
濾波原理:
- 高頻信號:容抗小,被電容旁路到地
- 低頻信號:容抗大,通過負載
- 直流信號:完全通過負載
4.3 耦合作用
電容能夠傳遞交流信號,同時隔離直流成分,實現級間耦合。
耦合電容的選擇:
- 容量要足夠大,確保低頻信號通過
- 耐壓要足夠高,承受最大電壓
- 頻率特性要好,避免信號失真
4.5 旁路作用
電容能夠為交流信號提供低阻抗路徑,起到"電子短路"的作用
旁路作用的應用:
- 電源去耦:濾除電源紋波
- 信號旁路:為高頻信號提供路徑
- 噪聲抑制:降低電路噪聲
4.5 定時作用
利用電容的充放電特性,可以構成各種定時電路。
T = 1.1 × R × C
555定時器單穩態模式時間公式
定時應用:
- 延時開關:控制設備延時啟動
- 脈沖發生器:產生特定頻率的脈沖
- 振蕩器:構成LC振蕩電路
4.6 電容作用總結
作用類型 | 工作原理 | 應用場景 | 關鍵參數 |
---|---|---|---|
儲能 | 存儲電荷和電能 | 閃光燈、備用電源 | 容量、耐壓 |
濾波 | 濾除交流成分 | 電源濾波、信號濾波 | 容量、頻率特性 |
耦合 | 傳遞交流信號 | 級間耦合、音頻耦合 | 容量、耐壓 |
旁路 | 提供低阻抗路徑 | 電源去耦、信號旁路 | 容量、頻率特性 |
定時 | 利用充放電特性 | 延時電路、振蕩器 | 容量、精度 |
4.7 使用注意事項
電容選擇要點:
- 耐壓值:必須大于工作電壓
- 容量值:根據應用需求選擇
- 溫度系數:考慮溫度對容量的影響
- 頻率特性:高頻應用需考慮頻率特性
- 極性:電解電容要注意正負極
常見問題:
- 電容擊穿:電壓過高導致絕緣破壞
- 容量衰減:長時間使用容量下降
- 漏電流:絕緣不良導致漏電
- 溫度漂移:溫度變化影響容量
電容最主要的特性就是:通交隔直,通高阻低;
三、電感
電感的工作原理是基于電磁感應的原理,當電流通過線圈,會產生磁場,磁通量隨著電流的變化而變化。電感的主要作用是在電路中儲能、濾波、阻抗匹配。電路中主要作用“通直流,阻交流”,觀看視頻幫助理解。
電感在電路中起什么作用的,電感的工作原理_嗶哩嗶哩_bilibili
1.1 電感的基本特性:
- 能夠存儲磁場能量
- 對直流電呈現短路狀態
- 對交流電呈現感抗特性
- 電流不能突變,電壓可以突變
1.2 原理:
電感電壓公式:U_L=L*(di/dt)
電路電壓:-U_L +?I2R = E
電感的感應電動勢是指當電感中的電流發生變化時,電感會在其兩端產生反
向電動勢。.其公式為:U_L=L*(di/dt),其中U_L是感應電動勢,L是電感
量,di/dt是電流變化率。根據法拉第電磁定律,感應電動勢的方向與電流變
化的方向相反。這意味著電感會抵抗電流的變化,從而影響電路中的電流流
動。電路中U_L是負值,始終和電源電壓相反。
(1) 充電:
當電壓加在電感兩端時,電流逐漸增加,電感存儲磁能。這個過程類似于"磁能水庫"的蓄水過程。
充電特點:
- 電流逐漸增加,先快后慢
- 電感電壓逐漸減小,先快后慢
- 時間常數 τ = L/R
- 穩態時電流 = Us/R,電感電壓 = 0
(2) 放電:?
當電源斷開時,電感中存儲的磁能通過電阻釋放,電流逐漸減小到零。
放電特點:
- 電流逐漸減小,先快后慢
- 電感電壓為負值,逐漸減小
- 時間常數 τ = L/R
- 最終電流和電壓都趨于零
四、二級管
1. 二極管基礎知識
1.?二極管基本概念
二極管是一種具有單向導電特性的半導體器件,由PN結組成。它只允許電流在一個方向流動,在另一個方向則阻止電流通過。
2. 二極管的基本特性
- 正向導通:正向電壓大于閾值電壓時導通
- 反向截止:反向電壓時幾乎不導電
- 閾值電壓:硅管約0.7V,鍺管約0.3V
- 反向擊穿:反向電壓過高時擊穿損壞
3.?二極管的主要參數
- 正向電壓降:導通時的電壓降
- 反向擊穿電壓:最大反向電壓
- 正向電流:最大允許正向電流
- 反向漏電流:反向時的微小電流
2. 二極管作用:
(1) 整流
交流電壓與整型后的電壓:整型電路:
正向電壓的流向:
反向電壓的流向:
- 工作原理:正負半周都整流為正向,保證不管交流電的方向,RL的電壓都是上面高于下面。
- 輸出波形:都是正向的周期性波形
(2) 穩壓作用
穩壓二極管
- 工作原理:利用反向擊穿特性穩壓
- 穩壓值:由穩壓管型號決定
- 應用:提供穩定電壓參考
穩壓二極管和普通二極管的區別?
二極管一般在正向電壓下工作,穩壓管則在反向擊穿狀態下工作,二者用法不同;
普通二極管的反向擊穿電壓一般在40V以上,高的可達幾百伏至上千伏,而且在伏安特性曲線反向擊穿的一段不陡,即反向擊穿電壓的范圍較大,動態電阻也比較大。對于穩壓管,當反向電壓超過其工作電壓Vz(亦稱齊納電壓或穩定電壓)時,反向電流將突然增大,而器件兩端的電壓基本保持恒定。對應的反向伏安特性曲線非常陡,動態電阻很小。穩壓管可用作穩壓器、電壓基準、過壓保護、電平轉換器等。
?工作電路:
(3) 保護作用
- 工作原理:防止反向電壓損壞電路
- 應用:保護敏感電子元件
五、三級管
1.三極管基礎知識
1.1 三極管基本概念
三極管是一種具有放大作用的半導體器件,由三個電極組成:發射極(E)、基極(B)、集電極(C)。它能夠用小電流控制大電流,實現信號放大。
1.2?三極管的基本特性
- 電流放大:基極電流控制集電極電流
- 電壓放大:輸入電壓變化引起輸出電壓變化
- 功率放大:小功率信號放大為大功率信號
- 開關作用:在飽和區和截止區之間切換
1.3 三極管的主要參數
- 電流放大系數β:Ic/Ib的比值
- 集電極最大電流ICM:最大允許集電極電流
- 集電極最大電壓VCM:最大允許集電極電壓
- 集電極最大功耗PCM:最大允許功耗
補充:三極管有三個極:發射極、基極和集電極。當三極管工作時,基區內的電子會被激發到發射區,形成發射極電流;同時,集電區的空穴會被吸引到基區,形成集電極電流。三極管的主要作用是放大信號、電流控制,控制電壓以及開關電路。?
2. 三極管的工作狀態
截止狀態、放大狀態、飽和狀態
1. 截止狀態
- 條件:VBE < 0.7V(硅管)
- 特點:Ib?≈ 0,Ic?≈ 0
- 應用:開關斷開狀態
2. 放大狀態
- 條件:VBE?≈?0.7V,VCE?>?VBE
- 特點:Ic = β×Ib,線性放大
- 應用:信號放大
3.?飽和狀態
- 條件:VBE?≈ 0.7V,VCE?≈?0.2V
- 特點:Ic達到最大值,不再隨Ib增加
- 應用:開關閉合狀態
使用時一般工作在飽和狀態和截止
可以觀看視頻,視頻更生動形象:
三極管的工作原理_嗶哩嗶哩_bilibili
3.?三極管類型
PN結原理理論講解:
第12節 幾分鐘讓你了解PN結_嗶哩嗶哩_bilibili
3.1?NPN型三極管
- 特點:電子為主要載流子(上面的PN結原理視頻很詳細)
- 應用:通用放大、開關
- 型號:2N2222、2N3904、S8050
3.2?PNP型三極管
- 特點:空穴為主要載流子
- 應用:互補電路、推挽輸出
- 型號:2N2907、2N3906、S8550