基本电气Circuits-Components类型

什么是电路?

电路是一种通过电场和磁场介质传输电流的封闭路径。电子在回路中的流动构成了电流。电子通过“源”进入电路,“源”可以是电池或发电机。该源通过建立一个提供电动势的电场,为电子提供能量。

电子通过负载离开电路,到达地面,从而完成一个闭合路径。负载或输出可以是任何简单的家电,如电视机、灯、冰箱,也可以是复杂的负载,如水电站的负载。

一个简单的电路由电源(如电池)、作为导电介质的导线和负载(如灯泡)组成。电池为电灯泡提供电子流动所需的能量。

基本电路元素

正如在引言中所提到的,电路是元件之间的互连。这些元素根据其产生能量的能力分为主动元素和被动元素。

有源电路元素

活性元素是能产生能量的元素。例如电池、发电机、运算放大器和二极管。请注意,在电路中,源元件是最有效的有源元件。

能源,无论是电压源还是电流源,有两种类型——独立源和独立源。独立电源的例子是电池,它为电路提供恒定的电压,而不管流过端子的电流如何。

依赖源的例子是晶体管,它根据施加在电路上的电压为电路提供电流。另一个例子是运算放大器,它根据应用到其终端的差分输入电压提供电压。

无源电路元件

无源元素可以定义为能够控制通过它们的电子流的元素。它们增加或减少电压。这里有一些被动元素的例子。

电阻器电阻器阻止通过它的电流。对于线性电路,欧姆定律是适用的,它规定电阻上的电压与流过它的电流成正比,比例常数就是电阻。

电感器电感器以电磁场的形式储存能量。电感上的电压与流过它的电流的变化率成正比。

电容器:电容器以静电场的形式储存能量。电容器上的电压与电荷成正比。

电路类型

直流回路

在DC电路中,施加的激励是恒定的源。基于具有源的主动和无源元件的连接类型,可以将电路分为串联和并联电路。

串联电路

当几个无源元件与一个能源源串联时,这种电路称为串联电路。对于串联电路,相同数量的电流流过每个元件,电压被分割。在串联电路中,由于元件是连接在一条线上的,如果其中有故障元件,整个电路就成为开路。

串联电路

  • 对于连接在直流电路中的电阻,其两端的电压与通过它的电流成正比,从而保持电压和电流之间的线性关系。对于串联的电阻,总电阻等于所有电阻值的和。
  • 对于串联连接的电容器,总电容等于所有电容值的倒数之和。
  • 对于串联的电感器,总电感等于所有电感值的和。

并联电路

在并行电路中,所有元件的一个端子连接到源的一个终端,并且所有元件的另一个端子连接到源的另一个端子。

在并联电路中,当电流变化时,并联元件的电压保持不变。如果并联元件中有故障元件,则对电路没有影响。

并联电路

  • 对于并联的电阻器,总电阻等于所有电阻值的倒数之和。
  • 对于串联的电容,总电容等于所有电容值的和。
  • 对于串联的电感器,总电感等于所有电感值的倒数之和。

交流电路

交流电路就是那些励磁元件为交流电源的电路。与恒定的直流电源不同,交流电源在一定的时间间隔内具有可变的电流和电压。一般来说,对于高功率应用,使用交流电路。

简单的交流电路使用电阻

对于通过电阻器的交流电,电流和电压的比率取决于电源的相位和频率。施加的电压会随着时间不断变化,欧姆定律可以计算出在任何时刻通过电阻的电流。

换句话说,如果在t秒时,电压的值为v伏,电流为:

i = v / R

其中R的值总是常数。

由上式可知,电流的极性取决于电压的极性。而且,电流和电压同时达到最大值和零点。因此,对于电阻器,电压与施加的电流是同相的。

考虑下面的电路图

交流电流的流向

当开关闭合时,电流通过电阻器,由下式给出

我=我cos(ωt +Φ)

电压,V = IR = RIm cos(ωt +Φ)

对于电阻器,电压和电流值会同时上升和下降。因此,电压和电流之间的相位差为零。

使用纯电感的交流电路

一圈绕在圆柱形铁芯上的细电线被称为电感器。芯可以是一个空气芯(空心层压)或铁芯。当交流电流过电感器时,磁场也会发生变化。磁场的这种变化导致电感器上产生感应电压。根据楞次定律,感应电压与通过它的电流相反。

在源电压的前半周,电感器以磁场的形式储存能量,在后半周释放能量。
感应电动势如下所示

e = Ldi / dt

这里,L是自感。

现在,施加的输入交流电压为v(t)=Vm Sinωt

通过电感器的电流为:I(t)=Im Sinωt

交流应用于纯电感

所以感应器上的电压是

e=L di/dt=wLI_m cos⁡wt=wLI_m sin⁡(wt+90)

因此,对于电感器,电压引导电流90度。

电感器的电阻称为电抗,由

因此,阻抗或电阻正比于电感电流的变化率。

带有电容器的交流电路

对于一个恒定的直流电源,电容板充电到应用的电压,暂时存储这个电荷,然后开始放电。电容器一旦充满电,就会阻塞电流,使极板饱和。

交流应用于纯电容
当交流电源电压作用于电容器时,其充放电速率取决于电源频率。电容器上的电压比流过它的电流滞后90度。

通过电容器的电流为

e = Ldi / dt

电容电抗为:

e = Ld /踊跃参与

因此,交流电源的阻抗或抗与电源的频率成反比。

什么是短路和开路?

短路

电路中两根导体之间的低电阻或可忽略不计的连接称为短路。短路会产生更多的热量,最终产生火花、火焰或烟雾。

短路可能是由于连接松动,绝缘不良,害虫突然咬断电线,以及旧电器。一个最好的和常用的技术,以防止损害使用短路是使用保险丝或断路器。

开路

开路是由于电路中断而引起的。当电路中的任何元件不连接时,就形成开路。当开路上的电压有一个有限值时,电流为零。

电路保护

故意安装电路中的薄弱环节被称为电路保护。这种安装的目的是防止由于短路、温度过高和其他损害造成的损坏。
电路保护装置可以是保险丝、断路器、晶闸管或开关。

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