1.2 掌握基本的技术名词和概念
在学习电子技术初期,对一些常用电子技术名词和概念有一个初步了解很有必要,在许多情况下初学者看不懂书,是因为对电子技术名词和概念不了解。
1.2.1 电流概念解说
电子电路分析中用得最多的是电压和电流概念,必须透彻理解其含义。
【电流解说】
水的定向流动称为水流,电流也一样,电荷有规律的定向流动称为电流。
电流只能在导体中流动,例如电线,电路板上的铜箔线路,电子元器件的金属引脚等。
电流有大小和方向之分。
【产生电流的两个条件解说】
电路中存在电流的流动,必须同时满足两个条件,如表1-4所示。
表1-4 电路中存在电流流动的两个条件
【直流电流解说】
电流有直流电流和交流电流之分。电流大小和方向不随时间变化而变化的电流称为直流电流。
电路分析中,常用电流的波形说明问题,直流电流可用坐标来表示。图中,横轴为时间(t)轴,纵轴(I轴)表示了电流I的方向和大小。O表示时间、电流大小为零。从图中可以看出,当时间在变化时,电流I1的大小和方向均不变,所以这是一个直流电流。
【电流强度解说】
电流有大小之分,电流的大小用电流强度表示,它取决于单位时间内通过导体截面的电荷量多少,通过的电荷量愈多,电流强度愈强,反之则弱。日常生活中我们知道,在电流大的场合要用直径粗一些的电线。
电流强度简称电流。
电流强度用I表示,单位安培(用A表示,简称安)。电流的单位除安外,还有千安(用kA表示)、毫安(mA)和微安(μA),在电子电路中主要用A、mA和μA,电流单位之间的换算关系如下:
1kA=1000A 1A=1000mA 1mA=1000μA
直流电流的大小可以用波形表示。
从图中可以看出,直流电流I1大于直流电流I2。
分析直流电路工作原理过程中,时常会用到两个直流电流相对大小的概念。
【电流方向解说】
电流不仅有大小之分,而且还有方向。
在不同的导体中形成电流流动的电荷可以是正电荷,可以是负电荷,也可以是正、负电荷,规定正电荷流动的方向为电流的方向。
分析直流电路工作原理时,会用到直流电流的流动过程分析,此时要掌握直流电流流动的方向。
在直流电路中,电流流动的方向是:直流电源(电池)正极→开关S1→负载EL1→直流电源(电池)负极→直流电源(电池)内部→直流电源(电池)正极。
负的直流电流表示方法是:
规定电流I轴O以上电流方向为正,则O以下电流方向为负,所以电流I1、I2是负电流,可以用−I1、−I2表示。
正电流和负电流在电路中流动的方向相反,电路分析中要了解这一点。
【交流电流解说】
表1-5是交流电基础知识解说。
表1-5 交流电基础知识解说
【交流电流周期、有效值和平均值解说】
表1-6是交流电有关参数解说。
表1-6 交流电有关参数解说
1.2.2 电位、电压和电平概念解说
在电子电路分析中,电压出现的频率最高,如输入信号电压、输出信号电压等。
【电位概念解说】
带电体周围存在电场,电场对场内的电荷有力的作用,电场力会使电荷移动,规定电场力将单位正电荷从电场中某一点移动到参考点所做的功称为该点的电位。
显然,参考点选择不同时,某一点的电位是不同的。为了方便,在电子电路中通常以金属底板为参考点,规定参考点的电位为零,这样低于参考点的电位是负电位,高于参考点的电位是正电位,可见电位有正、负之分。
电位有高、低之分,它的含义是:电场力移动单位正电荷所做的功愈多,说明正电荷所在点的电位愈高;反之则愈低。
电位的单位是伏特,简称伏,用Ⅴ表示。电位单位除伏之外,还千伏(用kⅤ表示)、毫伏
(mⅤ)和微伏(μⅤ),各单位之间的换算关系如下:
1kⅤ=1000Ⅴ
1Ⅴ=1000mⅤ
1mⅤ=1000μⅤ
【电压概念解说】
电压是衡量电场力做功能力大小的物理量。
电场中两点之间的电位差(两点电位之差),称为电压。电压用U表示。
电压类似水压,众所周知,水在压力驱使下流动,电路中的电流流动也需要电压的“驱使”。
用电压也可以说明电位,即电位就是电场中某点和参考点之间的电压。
电压的单位同电位的单位一样。电压也有正有负。
(1)电压也有大小和方向、直流和交流之分,其定义同直流电流和交流电流类似。
(2)电压也可以用波形来表示,其方法与前面介绍的电流波形表示方法相同。
(3)交流电压的频率、周期、最大值、峰值、峰-峰值、有效值、平均值等定义同交流电流的类似。
【电平概念解说】
电平是表示电功率、电压和电流相对大小的量。
在用电平表示的电量中,取一个标准量,用一个量与标准量相比较再取对数,这就是电平。电平用分贝(dB)表示,电平有正有负。如表1-7所示是有关电平概念解说。
表1-7 有关电平概念解说
【分贝概念解说】
分贝是一种计量单位,用于表示声音和电信号的大小。
分贝用dB表示。
分贝的定义是:一个放大器的输出功率为P2,输入功率为P1,给P2、P1取常用对数,即lgP2/P1,此值称为贝尔,10倍的贝尔等于分贝,即
分贝=10 lgP2/P1= 20lgU2/U1=20 lgI2/I1
U2为放大器输出信号电压,U1为放大器输入信号电压;
I2为放大器输出信号电流,I1为放大器输入信号电流
声学和电声学中使用分贝表示信号大小出于下列两种原因:
(1)符合人耳对声音的听觉特性,即人耳声音的强弱变化与声音功率大小的对数值成正比;
(2)有利于简化计算。
仪表中用dB指示
1.2.3 电源及负载概念解说
【电源及电源电动势概念解说】
表1-8是电源及电源电动势概念解说。
表1-8 电源及电源电动势概念解说
【恒压源和恒流源概念解说】
表1-9是恒压源和恒流源概念解说。
表1-9 恒压源和恒流源概念解说
【负载概念解说】
表1-10是负载概念解说。
表1-10 负载概念解说
【电动势和电压比较解说】
(1)电动势和电压的单位相同,都是伏特。
(2)电动势和电压的物理意义是不同的,电动势表示了外力(非电场力)做功的能力,而电压表示电场做功的能力。
(3)电动势和电压方向如图中所示。
电动势有方向,并且与电压方向相反。
电动势方向是电位升高的方向。
电压方向是电位降低的方向。
(4)电动势只存在于电源的内部,而电压存在于电源的两端,并且存在于电源外部电路中。
例如,电阻R1两端存在电压,外电路中的每一个元器件两端都存在电压。
(5)电流在电源的外部电路中(称为外电路),是从高电位流向低电位的,这是电场力在做功。在电源的内部(称为内电路),电流从低电位流向高电位,这是外力在做功。
(6)电源如同一个“电荷泵”,将电源负极端的电荷提升到正极,使电源正极端的电位高于负极端的电位,使外电路中有电流流动。流有电流的电路是由外电路和内电路组成的。
(7)当电源两端不接负载时,电源端电压在数值上等于电源电动势。
在电源空载时,电源中没有电流,在电源内阻R0上没有电压,所以电源端电压等于电源电动势。
电源内部存在一个内阻,通常情况下希望电源内阻愈小愈好。
(8)当电源两端接上负载后,电路中的各电压之间关系是:
E=UR0+UR1
即电源电动势等于电源内阻两端电压加上负载电阻R1两端电压。
电源内阻愈小,电源两端的电压就愈大。新电池的内阻小,所以装入手电筒里后灯泡比较亮。
【直流电源串联概念解说】
直流电源可以进行串联和并联使用,在采用电池供电的电子电器中通常是采用直流电源的串联方式,以提高直流工作电压,因为一节电池的电压通常只有1.5V。
电源并联是为了提高电源为外电路供给电流的能力,电源串联是为了提高电源供电电压。
电路中的E1和E2是电池,它们串联起来。直流电源串联后的总电压等于各直流电源电压之和,即总电压E=E1+E2。
图(b)所示电路是多个电池串联时的电路符号示意图,图中标出1.5Ⅴ×6,说明是6节1.5Ⅴ电池串联,所以这一电源串联电路总电压为9Ⅴ。
(1)在采用电池供电的电子电器中,由于电池电压比较低,不符合电子电器整机直流工作电压的需要,所以要采用这种电源串联的方式,得到所需用的直流工作电压。
(2)直流电源串联时,直流电源是有极性的,正确连接方式是一个直流电源的正极与另一个直流电源的负极相连接,若接错不仅没有正常的直流电压输出,还会短路电源,造成电源的短路故障,损坏电源。
(3)为了获得更高的直流工作电压可以采用直流电源串联电路。如果两个直流电源的直流工作电压大小不同,也可以进行串联。流过各个串联电源的电流相等。
【直流电源并联概念解说】
电路中的E1和E2是电池,这两个电池的直流电压大小相等,它们并联起来。直流电源并联后的总电压等于某一个直流电源的电压。
直流电源的并联电路应用比较少,当电池的容量不足时,即电池所能输出的直流电流不能满足电路需要时,采用电池并联供电电路。
(1)直流电源并联时,直流电源也是有极性的,正确连接方式是一个直流电源的正极接另一个直流电源的正极,它们的负极连接起来。
(2)直流电源并联电路能够增加电源的输出电流,不能增大电源的直流工作电压。
(3)流过各并联电池的电流之和等于电源外电路电流之和。
(4)不同直流电压大小的电池之间不能进行并联,否则直流电压高的电池会对直流电压低的电池进行充电,消耗了直流电压高的电池的电能。
【电源内阻概念解说】
在电源的内部存在一个电阻,这一电阻称为电源的内阻。电源的内阻对电源的工作是不利的,所以希望电源的内阻愈小愈好。
电路中的虚线框内是整个电源装置,E是电源的电动势,R0是电源的内阻,内阻存在于电源的内部。R1是电源外电路中的电阻器,I是流过这一电路的电流。
由于电源存在内阻R0,使电源的端电压不等于电源的电动势,因为有一部分电压降在了电源内阻R0上。
从电路中可以看出,电流I流过了电阻R1和内阻R0,在内阻R0上的电压降为U0,在R0上的电压降极性为下正上负,如图中所示,这是在电源内部的电压降。在电阻R1上的电压降是U1,其电压极性为上正下负,如图中所示,该电压降也是这一电路中的电源端电压。
1.2.4 电阻概念和欧姆定律解说
【电阻概念解说】
如表1-11所示是电阻概念解说。
表1-11 电阻概念解说
【部分电路欧姆定律解说】
所谓部分电路就是不含电源的电路。这种电路欧姆定律可以用图示电路说明。电路图中,R为电阻,U是电阻两端的电压,I是流过电阻的电流。
电路分析中关心最多的是信号电压或电流,分析信号的电压或电流大小,电路分析中往往通过电阻判断信号电流或电压的大小。
电阻、电压、电流三者之间的关系公式如下:
U=I×R
式中,U为电压;I为电流;R为电阻。
在理解电路工作原理过程中,使用最多的概念是电阻的大小。
上述公式说明了电压、电阻、电流三者之间的关系,记忆这一公式有好方法,如图1-3所示,将U、I和R分布成三角形,求其中一个量时用手指按住它,如按住U,得到I×R。
图1-3 记忆方法示意图
电路分析中常用已知两个量的情况下分析第三个量。
例如,分析两个电阻器并联电路,需要分析流过两个电阻器的电流谁大谁小,这时就得运用上述公式进行分析。
由于两个电阻器并联,所以加到两电阻器上电压相等。由U=I×R公式可知,电阻R大的那个电阻器中电流I小。
【全电路欧姆定律解说】
表1-12是全电路欧姆定律解说。
表1-12 全电路欧姆定律解说
1.2.5 电功和电功率解说
表1-13是电功和电功率解说。
表1-13 电功和电功率解说
1.2.6 电路的四种状态解说
表1-14是电路的四种状态解说。
表1-14 电路的四种状态解说
1.2.7 接地概念解说
【几种接地概念解说】
表1-15是几种接地概念解说。
表1-15 几种接地概念解说
【电子电路接地概念解说及延伸阅读】
表1-16是电子电路接地概念解说。
表1-16 电子电路接地概念解说