【模拟电路】基础电路

一、模拟电路概述
二、计算机工作原理
三、电流
四、直流电（DC）和交流电（AC）
五、开路和闭路
六、电压
七、电阻和欧姆定律
八、串联电路和并联电路

---

模拟电路基础PPT

---

一、模拟电路概述

模拟电路是一种使用电子元件（如电阻、电容、电感等）来模拟和处理连续信号的电路。这与数字电路不同，数字电路处理离散信号。模拟电路广泛应用于各种领域，包括音频处理、通信系统、传感器接口等。

在模拟电路设计中，一些基本的电子元件和电路结构包括：

1. 电阻（Resistor）： 用于限制电流流动的元件，单位是欧姆（Ω）。
2. 电容（Capacitor）： 能够储存电荷并在电路中产生时延效应的元件，单位是法拉（F）。
3. 电感（Inductor）： 通过电流在线圈中产生磁场的元件，单位是亨利（H）。
4. 放大器（Amplifier）： 用于增强信号幅度的电路，可以是运放（运算放大器）或其他类型的放大器。
5. 滤波器（Filter）： 用于选择或抑制特定频率的电路，分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
6. 振荡器（Oscillator）： 产生周期性波形的电路，例如正弦波振荡器。
7. 比较器（Comparator）： 用于比较两个信号并输出相应的高或低电平的电路。

在进行模拟电路设计时，工程师通常使用电路仿真工具（如SPICE软件）来模拟电路的行为，并通过调整元件参数和拓扑结构来优化电路性能。此外，模拟电路设计也可能涉及到一些数学和理论知识，例如电路分析、传递函数、频域分析等。

二、计算机工作原理

计算机工作原理：用电去控制电，这是计算机工作的核心原理 。

这可以归纳为计算机的数字电子工作原理。计算机是通过使用电子元件来处理和存储信息的设备。
以下是计算机工作的基本原理：

1. 二进制系统： 计算机使用二进制系统，即由 0 和 1 组成的数字系统。这是因为电子元件的两种状态（通常表示为高电平和低电平）能够简单、可靠地表示信息。

2. 逻辑门： 逻辑门是用于执行逻辑操作（如与、或、非）的电子元件。这些逻辑门的组合构成了计算机的基本逻辑电路。

3. 存储单元： 存储单元用于存储数据，最基本的存储单元是比特（bit），表示二进制中的 0 或 1。多个比特组合在一起形成字节，用于表示更复杂的数据。

4. 中央处理器（CPU）： CPU 是计算机的大脑，执行各种指令以进行算术和逻辑运算。指令是以二进制形式存储的，CPU 通过控制信号来执行这些指令。

5. 存储器： 存储器分为主存储器（RAM）和辅助存储器（如硬盘、固态硬盘）。RAM 用于临时存储正在执行的程序和数据，而辅助存储器用于永久性存储数据。

6. 输入/输出设备： 输入设备（如键盘、鼠标）和输出设备（如显示器、打印机）允许用户与计算机进行交互。

7. 时钟： 时钟产生计算机的基本时序，同步各个组件的工作。时钟信号控制指令和数据在计算机中的流动。

8. 总线： 总线是各个组件之间传输数据和控制信号的通道。它连接了CPU、存储器、输入/输出设备等组件，使它们能够协同工作。

总的来说，计算机通过在电子元件之间传递电信号，根据存储在存储器中的程序执行指令，从而实现各种功能。这个过程涉及到逻辑、算术运算、数据存储和检索等基本操作。

三、电流

电流是电荷在导体中流动的一种现象，通常用符号 “I” 表示，单位是安培（A）。电流的方向是电荷流动的方向，被定义为正电荷流动的方向。在金属导体中，电流通常是由自由电子的移动引起的。

基本的电流公式是：

$$I=\frac{Q}{t}$$

其中，

• ( I ) 是电流（安培），
• ( Q ) 是通过导体横截面的电荷量（库仑），
• ( t ) 是电荷通过导体所用的时间（秒）。

可以将电流看作是电荷在单位时间内通过某一点的速率。

另外，根据欧姆定律，电流（ I ）、电压（ V ） 和 电阻（ R ） 之间存在以下关系：

$$V=I?R$$

其中，

• ( V ) 是电压（伏特），
• ( I ) 是电流（安培），
• ( R ) 是电阻（欧姆）。

这个公式表明，电压等于电流与电阻的乘积。这是描述电路中的电流、电压和电阻之间关系的基本方程。

电流在电路中有许多应用，包括提供能量、驱动电机、传输信息等。理解电流是电学基础知识，对于电路设计和电子设备的使用都是至关重要的。

原子与电荷

电流的产生

电流的产生是由电荷在导体中流动所引起的，通常通过在电场中施加电压来推动电子流动。

电流的方向

传统电学中规定电流方向为正电荷流动的方向，而在真实世界中，电流实际上是由负电荷流动引起的。

四、直流电（DC）和交流电（AC）

直流电（DC）和交流电（AC）是电流的两种基本类型，它们在电子学和电力系统中有不同的特性和应用。

1. 直流电（DC）：

   • 方向： 电流方向保持不变，通常由正极流向负极。
   • 幅值： 电流强度保持稳定。
   • 应用： 常见于电池、电力适配器、电子设备中的直流电源。

2. 交流电（AC）：

   • 方向： 电流周期性变化，周期内方向反复交替。
   • 幅值： 电流强度随时间变化。
   • 频率： 以赫兹（Hz）为单位，表示电流方向变化的次数。
   • 应用： 用于输送电力至远距离，家庭电源，工业电力系统等。

在直流电中，电荷流动方向是固定的，而在交流电中，电荷周期性地在一个方向上流动，然后反向流动。电流的这种变化是由交流电源中的发电机或变压器引起的。

总体而言，直流电适用于许多电子设备和小型电力应用，而交流电则更适用于输送电力、供电网络和大规模能源分配系统。

直流电和交流电对比

五、开路和闭路

开路和闭路是电路中两种基本状态，描述了电流是否能够在电路中流动的情况。

1. 闭路（Closed Circuit）：

   • 定义： 在闭路中，电流可以沿着导体或电路路径自由流动。
   • 特征： 电路中的电子形成一个完整的路径，使电流得以通过。这通常是在电源、负载和导线之间形成的封闭回路。
   • 符号表示： 在电路图中，闭路通常用连续的线表示。

2. 开路（Open Circuit）：

   • 定义： 在开路中，电流无法在电路中形成闭合的路径。
   • 特征： 电路中存在中断或断开，使电流无法流通。这可能是由断开的开关、未连接的导线或损坏的元件引起的。
   • 符号表示： 在电路图中，开路通常用中断的线表示，有时还有一个打开的开关符号。

在电路设计和分析中，了解电路的开路和闭路状态对于确保电流和电压能够按预期方式流动至关重要。例如，如果在电路中有一个开路，电流将无法通过，导致电路中的负载无法工作。反之，闭路确保电流能够流通，使电路正常工作。

六、电压

电压，也称为电位差或电势差，是电场中的电荷所受的力和该电荷移动的距离之比。在电路中，电压通常指的是两点之间的电势差，表示电子在这两点之间移动时所具有的能量。

电压的基本单位是伏特（Volt），符号为 “V”。一个伏特定义为一个库仑电荷通过一个欧姆电阻产生的功率为一瓦特时所发生的电势差。

你提到的电压与电势能的关系是正确的。在电场中，电势能是电荷由于位置而具有的能量。电势差（电压）可以理解为单位正电荷从一个位置移动到另一个位置时所获得或失去的电势能。

总结起来，电压是描述电路中电荷移动时所经历的电势差，它是电荷在电场中运动时携带的能量。

电压就是电势能

七、电阻和欧姆定律

电阻是电路中的一种元件，用于限制电流的流动。电阻的作用是产生电阻力，阻碍电流通过它的流动。电阻的单位是欧姆（Ω），符号是大写字母 “R”。

欧姆定律

欧姆定律描述了电阻、电流和电压之间的关系：
$$R=\frac{V}{I}$$$$I=\frac{V}{R}$$$$V=I?R$$

其中：

• ( V ) 是电压（伏特），
• ( I ) 是电流（安培），
• ( R ) 是电阻（欧姆）。

这个公式说明，电流通过电阻时，电阻产生的电阻力使电流与电压成正比。电阻的值越大，对电流的阻碍越大，导致电压升高；反之，电阻越小，阻碍越小，电压降低。

电阻可以是固定的，也可以是可调的。此外，电阻的材料、尺寸和温度等因素都会影响其电学特性。电阻在电路中有多种应用，包括限流、分压、分流、产生热量等。

八、串联电路和并联电路

串联电路和并联电路是两种基本的电路连接方式，它们描述了电路中元件之间的物理连接方式和电流路径。

1. 串联电路（Series Circuit）：

   • 定义： 在串联电路中，电路中的元件依次连接，形成单一路径，电流只能按照一条路径流动。
   • 特征： 电流通过每个元件，相同的电流流过电路中的每一个部分。电压在各个元件上分配，总电压等于各个元件电压的总和。
   • 等效电阻： 元件的电阻相加得到总电阻。
     $$R_{\text{总}}=R_1+R_2+\dots +R_n$$

2. 并联电路（Parallel Circuit）：

   • 定义： 在并联电路中，电路中的元件被平行连接，形成多个路径，电流可以同时通过多个路径流动。
   • 特征： 电压相同，各个元件上的电压等于总电压。总电流等于各个路径上的电流之和。
   • 等效电阻： 元件的倒数之和的倒数得到总电阻。
     $$\frac{1}{R_{\text{总}}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots +\frac{1}{R_n}$$

在实际电路设计中，可以将串联和并联连接方式组合使用，形成更为复杂的电路结构。这些连接方式在电路设计和分析中非常重要，因为它们直接影响电流、电压和电阻在电路中的分布。

串联电路和并联电路中电流关系、电压关系、电阻关系、电压分配关系

串联电路和并联电路是电路中常见的两种连接方式，它们在电流、电压、电阻以及电压分配方面有一些特定的关系。

串联电路（Series Circuit）:

1. 电流关系：

   • 在串联电路中，电流沿着同一路径流动，电流值相同。
   • 总电流等于每个电阻上的电流之和。
   • $$I_{\text{总}}=I_1=I_2=\dots =I_n$$

2. 电压关系：

   • 总电压等于各个电阻的电压之和。
   • $$V_{\text{总}}=V_1+V_2+\dots +V_n$$

3. 电阻关系：

   • 总电阻等于各个电阻的阻值之和。
   • $$R_{\text{总}}=R_1+R_2+\dots +R_n$$

4. 电压分配关系：

   • 电压分配在各个电阻上，且和它们的阻值成正比。
   • $$V_1=I_{\text{总}}?R_1$$
   • $$V_2=I_{\text{总}}?R_2$$
   • …

并联电路（Parallel Circuit）:

1. 电流关系：

   • 在并联电路中，各个支路的电流相加等于总电流。
   • $$I_{\text{总}}=I_1+I_2+\dots +I_n$$

2. 电压关系：

   • 各支路的电压相同，等于总电压。
   • $$V_{\text{总}}=V_1=V_2=\dots =V_n$$

3. 电阻关系：

   • 并联电路中，总电阻的倒数等于各个电阻的倒数之和。
   • $$\frac{1}{R_{\text{总}}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\dots +\frac{1}{R_n}$$

4. 电压分配关系：

   • 电流分配在各个支路上，且和它们的导纳成正比。
   • $$I_1=\frac{V_{\text{总}}}{R_1}$$
   • $$I_2=\frac{V_{\text{总}}}{R_2}$$
   • …

在串联电路中，电阻增加，电压分配不均匀；在并联电路中，电阻减小，电流分配不均匀。这些关系对于分析电路和设计电子电路时都非常重要。

电阻的阻值计算

电阻的阻值计算涉及多个因素，其中包括工作电压、工作电流以及电阻的欧姆定律。以下是详细的计算步骤：

1. 下载数据手册：

   • 下载相关元件（电阻）的数据手册，其中包含了电阻的各种参数，如额定功率、阻值范围等。

2. 查看工作电压：

   • 确定电阻所在电路的工作电压。工作电压是电路中电压的最大值，通常以伏特（V）为单位。

3. 查看工作电流：

   • 确定电阻所在电路的工作电流。工作电流是电路中电流的值，通常以安培（A）为单位。

4. 计算剩余电路中的电压：

   • 使用欧姆定律计算电路中电阻两端的电压。欧姆定律公式为：
     $$V=I?R$$
     其中，
     • (V) 为电压（伏特），
     • (I) 为电流（安培），
     • (R) 为电阻（欧姆）。

5. 根据欧姆定律计算电阻：

   • 使用欧姆定律的变形公式计算电阻值。如果已知电阻两端的电压和电流，电阻的计算公式为：
     $$R=\frac{V}{I}$$
     其中，
     • (R) 为电阻（欧姆），
     • (V) 为电压（伏特），
     • (I) 为电流（安培）。

通过以上步骤，你可以计算出电阻的阻值。确保在计算过程中使用正确的单位，并注意电阻的功率等级，以确保所选电阻在给定的工作条件下能够正常工作。

导纳

导纳（Admittance）是电路中一个表示电路对电流流动的开放度的概念。它是电导（Conductance）的倒数，与电阻类似，但是电导描述的是电流容易通过的程度。导纳的单位是西门子（Siemens），记作 S。

电导(Y)和导纳(Admittance, Y)之间的关系如下：

$$Y=\frac{1}{R}$$

其中，

• (Y) 是导纳（西门子，S），
• (R) 是电阻（欧姆，Ω）。

在并联电路中，各支路的导纳之和等于总导纳：

$$Y_{\text{总}}=Y_1+Y_2+\dots +Y_n$$

导纳的概念在分析电路时很有用，特别是在处理并联电路时。它提供了一种更方便的方式来表示支路对电流的容许程度。在导纳的概念下，电流分布和电压分布的关系更容易处理，尤其是在复数形式下进行频域分析时。

是高电压会杀死人还是大电流会杀死人

人体对电流的危险程度主要与电流的路径、电压、电阻以及持续时间等因素有关。一般来说，电流的危险性可以用欧姆定律来描述：

$$I=\frac{V}{R}$$

其中，

• (I) 是电流（安培），
• (V) 是电压（伏特），
• (R) 是电阻（欧姆）。

1. 高电压：

   • 高电压本身并不一定致命。人体对电压的感知能力相对有限，因此人可能无法感觉到低电压。然而，当高电压引起足够的电流通过人体，可能会对生命构成威胁。高电压可以穿透皮肤，导致电流通过身体内部的组织。

2. 大电流：

   • 大电流通过人体时，可以引起生理学效应，包括肌肉痉挛、呼吸肌肉麻痹等，从而对生命构成威胁。然而，电流的具体危险性也依赖于电流的路径、电阻、电流的类型（直流或交流）等因素。

3. 电阻：

   • 电阻对电流的影响也很大。如果电流通过高电阻的部分（例如皮肤），则会产生较大的电压降，导致较小的电流通过。如果电流通过低电阻的部分（例如湿润的皮肤、黏膜），则相同的电压可能导致更大的电流通过。

4. 持续时间：

   • 电流通过人体的持续时间也是一个关键因素。即使是相对较小的电流，如果持续时间较长，也可能对人体造成伤害。

因此，一般来说，电流的危险性更多取决于电流的大小、路径和持续时间，而电压则与电流一起考虑。在电力系统和电气设备中，通常会通过限制电流的大小、提高电阻、使用绝缘设备等方式来降低电击的危险性。