电路基础理解电压电流和阻抗

一、引言

在电子技术中,一个基本的概念是“电路”,它是一种用来传输或控制电能的系统。任何复杂的电子设备都是由简单的基本单元组成,这些单元通过连接形成了一个完整的工作系统。在这个系统中,三个最重要的物理量是电压、电流和阻抗,它们相互之间存在着紧密联系。

二、定义与单位

定义

电压(V):衡量两点之间产生力的大小,是每单位距离上力量的一部分。

电流(I):指的是通过一定截面积某个时间内经过该截面积的小孔隙数,或称为导体中的载子移动速率。

阻抗(Z):描述交流信号在任何给定的频率下通过材料或构件时所遇到的反作用性质。

单位

电压:通常以伏特(V)为单位。

电流:以安培(A)为单位。

阻抗:有时可以直接使用欧姆(Ω),但也可以表示为阻抗值乘以角度,即ohm-reactance, 表示阻抗模块及相位角。

三、关系与计算

欧姆定律:

在理想条件下,当两个端点之间没有外部负载时,如果线圈周围没有磁场变化,那么连续导体两端间的势差将会产生足够大的感应力,以保持当前通过导体中的载子的数量不变。因此,在理想情况下,对于直通闭合回路,可以写出:

[ V = I \times R ]

其中 ( V ) 是线圈两端间潜在差值,( I ) 是穿过线圈内部的小环形路径上的微分循环密度,而 ( R ) 就是这段路径对应到小环形路径上的总效能。

功率公式:

功率 ( P ) 可以用以下公式表达:

[ P = V \times I \cos(\phi + 90^\circ) = VI\sin(\theta + 90^\circ)]

其中 ( cos(\phi + 90^\circ) = sin(\theta + 90^\circ)), 这是一个常见的情况,因为我们经常只关注实功而非虚功。

复工公式:

[ S = VI^* = |S|e^{j\theta} = |S|\cos\theta+j|S|\sin\theta]

这里 ( S) 是复功率,(VI^*),( j) 是虚数单位,则方程可展开如下:

[ S=VI^=V(I_0+joL)^]

由于正弦函数满足等式

[ e^{jx}=cos(x)+jsin(x)]

所以我们得到

[ S=V(I_0+joL)(cos(-x)-jsin(-x))=P+jQ,]

其中P代表实功,Q代表虚功。从这里我们看到实际应用中仅需关心实功即可,但对于更高级分析来说,我们需要考虑所有这些参数。

其他相关概念

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缓冲器

变换器

... ...

以上只是冰山一角,对于深入了解这些概念,还需要进一步学习更多内容,如如何处理不同类型的问题,以及如何设计各种不同的硬件配置等。

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