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電路理論是電氣工程最重要的領(lǐng)域之一。了解元件如何單獨和組合工作是設(shè)計、制造各類電子設(shè)備和系統(tǒng)并排除故障的基礎(chǔ)。本文將討論電氣工程的基本電路元件、定律和參數(shù)。

一、什么是電路?

簡單地說，電路就是電流從一點流向另一點的通路。從高層次來看，每個電路都有三個基本組成部分：電壓源、導(dǎo)電路徑、負載。

1.電壓源

電壓源通過其正極 (+) 和負極 (-) 之間的電位差為電路提供能量。電壓源可以是交流電源，也可以是直流電源，主要區(qū)別在于電流流動的方式不同。交流電源產(chǎn)生正弦變化的電壓，這意味著電流會周期性地改變方向。例如，這可能來自市電或發(fā)電機。另一方面，直流電源產(chǎn)生的電流是單向流動的。電池就是直流電源。

2.導(dǎo)電路徑

導(dǎo)通路(也稱導(dǎo)體)是電流在電路中流動的介質(zhì)。這些元件具有極低的電流電阻，例如銅導(dǎo)體、鉛焊料或印刷電路板 (PCB) 金屬跡線。導(dǎo)體還有助于連接其他元件以實現(xiàn)單一功能。

3.負載

負載是電路中使用電源的任何設(shè)備。從發(fā)光二極管 (LED) 到電機或警報器都可以是負載。短路時，負載就是導(dǎo)體本身，它會產(chǎn)生熱量并耗散電流。

二、分析電路：元件類型

電子元件是電子電路中影響電流或電磁場流動的元件。許多現(xiàn)代電路都由無源元件、有源元件和機電元件組成。

無源元件是消耗電能而不為電路提供凈能量的元件。最常見的例子是電阻器、電容器和電感器。

有源元件控制電路中的電流。這些元件可以放大電流、將電流注入電路或產(chǎn)生功率放大。晶體管、晶閘管和三極管都屬于有源元件。

機電元件是利用電路中的電流或電壓來執(zhí)行機械功能的元件，如直流電機或繼電器。在機電螺線管中，電壓通過改變線圈中的電感來驅(qū)動一組機械觸點。

三、分析電路：電路參數(shù)

電流和電壓是電路中最重要的參數(shù)。同樣，電阻、電感和電容也是電子元件的重要特征。

1.電流

電流是電子在電路中的流動。電流的計量單位是安培(A)。如前所述，電流可以是交流電，也可以是直流電。我們可以利用歐姆定律找出流經(jīng)電路的電流值，該定律指出兩點之間的電流與它們之間的電勢差成正比。等式為 I = V/R(其中 I 為電流，V 為電壓，R 為電阻)。在實際應(yīng)用中，我們可以使用數(shù)字萬用表找出電路中的電流值。

2.電路的基爾霍夫定律

根據(jù)基爾霍夫定律，電流總是在回路中流動，這意味著它在同一點開始和結(jié)束。此外，進入電路的電流值等于離開電路的電流值 (1)。同樣，在給定時間內(nèi)，所有進入和離開電路的電流之和等于零 (2)。

3.電壓

電壓 (V) 也稱為電動勢 (E)，是電路中兩點之間的電位差。 其測量單位是伏特。與電流一樣，電壓也可以是交流電或直流電。電壓也可以通過歐姆定律的公式 V = IR 得出，其中 V 是電壓，I 是電流，R 是電阻。

4.電阻

電阻是指元件抵抗電流通過電路的能力。 測量單位是歐姆(希臘語：Ω)。根據(jù)歐姆定律，導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體兩端的電壓 (V) 與流過導(dǎo)體的電流 (I) 之比。數(shù)學(xué)公式為 R = V/I，其中 R 是電阻，V 是電壓，I 是電流。

每個元件(超導(dǎo)體除外)都有不同程度的電阻。但電阻器是專門為此目的而設(shè)計的。電阻器是一種帶有兩個端子的無源元件，具有可變電阻。某些類型的電阻器以顏色標(biāo)示其電阻和容差。

5.電感

電感是導(dǎo)體在電流流過時感應(yīng)磁場的能力。 感應(yīng)磁場的強度與電流大小成正比。電感的單位是亨利(H)，以發(fā)現(xiàn)電感的美國科學(xué)家約瑟夫-亨利命名。

電感器又稱線圈，是一種簡單的無源元件，當(dāng)電流流過時，它能以磁性的形式儲存能量。 電感器由纏繞在線圈上的導(dǎo)體組成，當(dāng)電流流過時，線圈會產(chǎn)生方向相反的磁場。

您可以使用以下公式計算電路的電感值：

L = V/(di/dt)，其中 L 是電感，V 是線圈上的電位差，di/dt 是電流變化率(單位：A/s)。

6.電容

電容是指電路元件在其兩端存在電位差時存儲電荷的能力。電容的單位是法拉，以發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的科學(xué)家邁克爾-法拉第命名。要確定電路中某個元件的電容，可以使用以下公式：

C = Q/V，其中 C 是以庫侖為單位的電容，Q 是電荷，V 是電位差。

到目前為止，我們已經(jīng)嘗試涵蓋了電路理論中最重要的一些方面。隨著越來越多的器件被集成到元件密度很高的電路板上，當(dāng)今的電子系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，但其基本原理卻始終不變。

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