《電阻與電路》課件

電阻與電路導言什么是電阻電阻是電路中阻礙電流流動的元件，它可以限制電流的大小，控制電路中的電流分布。電阻的分類電阻可以分為多種類型，例如金屬電阻、半導體電阻、光敏電阻、熱敏電阻等等，每種電阻都有其獨特的特性和應用。電路中的作用電阻在電路中扮演著重要的角色，它可以用來控制電流大小、分配電壓、實現(xiàn)信號放大、濾波等等，是電路設計中不可或缺的元件。什么是電阻電阻是一個電路元件，它會阻礙電流的流動。就像水流通過一根細水管時會遇到阻力一樣，電流在電阻中也會遇到阻力。電阻的大小取決于材料的性質(zhì)、長度、橫截面積等因素。比如，一根細長的鐵絲比一根粗短的鐵絲阻力更大，而銅絲的阻力比鐵絲更小。電阻的符號在電路圖中，電阻通常用一個“R”字母或一個鋸齒形符號來表示，代表阻礙電流流動的元件。例如，一個標有“R1”的電阻表示電路中的第一個電阻，而一個標有“100Ω”的電阻表示電阻值為100歐姆的電阻。電阻的單位歐姆電阻的單位是歐姆，用希臘字母Ω表示。千歐姆千歐姆是歐姆的千倍，用kΩ表示。兆歐姆兆歐姆是歐姆的百萬倍，用MΩ表示。電阻的分類金屬電阻由金屬材料制成，具有穩(wěn)定的電阻值，廣泛應用于各種電路中。半導體電阻由半導體材料制成，其電阻值受溫度、光照等因素影響，常用于傳感器等。光敏電阻其電阻值隨光照強度變化而變化，用于光電控制、自動照明等應用。熱敏電阻其電阻值隨溫度變化而變化，廣泛用于溫度測量、溫度控制等領域。金屬電阻金屬電阻是最常見的電阻類型，它由金屬材料制成，例如銅、銀、鎳鉻等。金屬電阻的阻值相對穩(wěn)定，不易受溫度等環(huán)境因素的影響，因此廣泛應用于各種電路中。金屬電阻的特性主要取決于金屬材料的電阻率、長度和截面積。金屬電阻的優(yōu)點包括：阻值穩(wěn)定、價格低廉、易于制造。其缺點則包括：體積較大、功率較低、不易集成。金屬電阻的應用領域包括：電子設備、家用電器、汽車、工業(yè)設備等。半導體電阻材料半導體電阻通常由硅、鍺或砷化鎵等材料制成，這些材料的電阻率介于導體和絕緣體之間。特性與金屬電阻相比，半導體電阻具有以下特性：電阻值會隨著溫度的變化而變化對光敏感，光照強度會影響電阻值可以制造出非線性電阻，即電阻值隨著電壓或電流的變化而變化應用半導體電阻廣泛應用于各種電子設備，例如：溫度傳感器光敏傳感器可變電阻電子開關光敏電阻光敏電阻是一種阻值隨照射光強變化的電阻器。其材料通常是硫化鎘或硫化鉛等半導體材料。當光照射到光敏電阻表面時，半導體材料中的電子吸收光能躍遷到導帶，導致電阻率降低，阻值下降。光敏電阻廣泛應用于自動控制、光電檢測、光度測量等領域。熱敏電阻熱敏電阻，也稱為熱敏電阻器或溫度敏感電阻器，是一種電阻值隨溫度變化而改變的電子元件。熱敏電阻廣泛應用于各種電子設備和系統(tǒng)中，用于溫度測量、溫度控制和溫度補償?shù)?。熱敏電阻根?jù)其阻值隨溫度變化的特性，可以分為正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)和負溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)。PTC的電阻值隨溫度升高而增大，而NTC的電阻值隨溫度升高而減小。電阻的功率定義電阻的功率是指電阻在單位時間內(nèi)消耗的能量，它反映了電阻將電能轉(zhuǎn)換為熱能的速率。功率越大，電阻消耗的能量越多，發(fā)熱也越明顯。公式電阻功率的計算公式為：P=I^2*R=U^2/R=U*I其中：P為功率（單位：瓦特，W），I為電流（單位：安培，A），R為電阻（單位：歐姆，Ω），U為電壓（單位：伏特，V）。歐姆定律1電壓(U)電壓是指電路中兩點之間的電位差，表示電流通過電阻時所做的功，單位為伏特(V)。2電流(I)電流是指單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量，表示電荷的流動方向和大小，單位為安培(A)。3電阻(R)電阻是指導體對電流的阻礙作用，表示導體阻礙電流流動的能力，單位為歐姆(Ω)。電壓1電壓定義電壓是指電路中兩點之間的電勢差，表示電場力將單位正電荷從一點移動到另一點所做的功。2單位電壓的單位是伏特（V），以紀念意大利物理學家亞歷山德羅·伏特。3測量電壓可以使用電壓表測量，電壓表通常串聯(lián)在電路中。4應用電壓是電路中最重要的參數(shù)之一，它決定了電路中電流的大小和功率的大小。電流電流是指在電路中，電荷的流動方向和速率。電流的大小通常用安培(A)來表示，1安培表示每秒鐘有1庫侖的電荷通過導體的橫截面。電流的方向被定義為正電荷的流動方向，但實際上電流是由電子流動產(chǎn)生的，電子的流動方向與電流方向相反。電阻定義導體對電流的阻礙作用符號R單位歐姆(Ω)影響因素材料、長度、橫截面積、溫度電阻是電路中的一個重要元件，它可以控制電流的大小。電阻的大小由材料、長度、橫截面積和溫度等因素決定。歐姆定律的應用1計算電流已知電壓和電阻，可以使用歐姆定律計算電路中的電流。2計算電壓已知電流和電阻，可以使用歐姆定律計算電路中的電壓。3計算電阻已知電壓和電流，可以使用歐姆定律計算電路中的電阻。歐姆定律是電路分析中最基礎的定律之一，可以用來計算電路中的電流、電壓和電阻。了解歐姆定律及其應用對于理解電路工作原理至關重要。串聯(lián)電路1電流相同2電壓分壓3電阻相加串聯(lián)電路是指多個電阻器依次連接，電流通過每個電阻器后都必須通過下一個電阻器，形成一個閉合回路。在串聯(lián)電路中，電流在每個電阻器中都保持一致，但電壓在每個電阻器上都會發(fā)生變化，這是由于每個電阻器都會阻礙電流的流動而產(chǎn)生電壓降?？傠娮璧扔谒须娮杵鞯暮?。并聯(lián)電路并聯(lián)定義多個用電器并列連接在電路中，它們的電流路徑彼此獨立，稱為并聯(lián)電路。特點各支路電流互不影響各支路電壓相等總電流等于各支路電流之和應用常見于家庭電路，每個用電器都獨立工作，例如：開關控制的燈泡、插座等?；旌想娐?串聯(lián)部分2并聯(lián)部分3混合部分混合電路是將串聯(lián)電路和并聯(lián)電路組合在一起的電路?；旌想娐房梢允呛唵蔚碾娐?，也可以是復雜的電路，它可以包含多個串聯(lián)分支和并聯(lián)分支，并聯(lián)分支之間也可能存在串聯(lián)關系，這些關系可以通過電路圖來表達。電路功率電功率電路功率指的是電路中消耗電能的快慢，也就是單位時間內(nèi)消耗的電能。功率單位電路功率的單位是瓦特（W），1瓦特等于1焦耳/秒（J/s）。功率與電能電功率是表示電能消耗快慢的物理量，而電能是消耗的電功率與時間的乘積。電功率和電能1電功率電功率表示電流做功的快慢，也就是單位時間內(nèi)電流做的功。它反映了用電器消耗電能的快慢，單位是瓦特（W）。2電能電能是電流做功的多少，也就是電流做的功的總量。它反映了用電器消耗電能的總量，單位是焦耳（J）或千瓦時（kWh）。3關系電功率和電能之間存在著密切的關系。電能等于電功率乘以時間，也就是：W=P*t。電功率公式電功率是表示電流做功快慢的物理量，計算公式如下：P=UI，其中P表示電功率，U表示電壓，I表示電流。電功率的單位是瓦特（W），1瓦特等于1伏特乘以1安培。電功率測量1電流表通過測量電路中的電流強度來間接計算功率。需要結合電壓值才能得出功率。2電壓表通過測量電路中的電壓來間接計算功率。需要結合電流值才能得出功率。3功率表直接測量電路中的功率值，無需額外的計算，方便快捷。電費計算電費計量電費的計量單位是千瓦時(kWh)，也稱為度。1千瓦時表示功率為1千瓦的用電器工作1小時所消耗的電能。電費計算公式電費=電能消耗量×電價電能消耗量=功率×時間電費單解讀電費單通常包含以下信息：用戶編號抄表日期電能消耗量電價電費總額電路基本定律基爾霍夫電壓定律在一個閉合回路中，各段電阻上的電壓降之和等于電源電動勢之和。即，在一個閉合回路中，電壓降的代數(shù)和等于零。這個定律反映了能量守恒定律在電路中的應用。基爾霍夫電流定律在任何一個節(jié)點上，流入節(jié)點的電流之和等于流出節(jié)點的電流之和。即，在一個節(jié)點上，電流的代數(shù)和等于零。這個定律反映了電荷守恒定律在電路中的應用?；鶢柣舴螂妷憾苫鶢柣舴螂妷憾?KVL)指在一個閉合回路中，各段電阻上的電壓降之和等于電源的電動勢之和。KVL是電路分析中重要的定律，它基于能量守恒定律，說明了電勢能的轉(zhuǎn)化和守恒關系。KVL可以用數(shù)學公式表示：ΣU=ΣE，其中ΣU表示各段電阻上的電壓降之和，ΣE表示電源的電動勢之和。基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律，又稱電流定律或節(jié)點電流定律，是電路分析中的基本定律之一。該定律指出，在任何電路節(jié)點上，流入節(jié)點的電流總和等于流出節(jié)點的電流總和。換句話說，在任何節(jié)點上，電流的代數(shù)和為零。電路的布置元件連接電路布置的第一步是將電路元件按照設計方案連接在一起，確保每個元件都能發(fā)揮其作用。走線規(guī)劃根據(jù)電路元件的連接方式，規(guī)劃合理的走線路徑，以確保電流能順利流過，并避免干擾。測試調(diào)試完成電路布置后，需要進行測試調(diào)試，確保電路能正常工作，并符合設計要求。電路的簡化1合并電阻將串聯(lián)或并聯(lián)的電阻合并成一個等效電阻，簡化電路結構。2移除無效元件識別并移除對電路功能沒有影響的元件，例如開路或短路的部分。3使用等效電路將復雜的電路用等效的簡單電路代替，便于分析和計算。電路簡化是電路分析中常用的技巧，可以使電路更容易理解和計算。通過簡化電路，我們可以更有效地分析電路特性，例如電壓、電流和功率等。電路分析方法節(jié)點電壓法節(jié)點電壓法是利用基爾霍夫電流定律來求解電路中各節(jié)點的電壓，然后利用歐姆定律求解電路中各支路的電流。這種方法適用于比較復雜的電路，尤其是含有多個節(jié)點的電路。節(jié)點電壓法通常使用矩陣來表示電路的方程組，并使用矩陣運算求解方程組。網(wǎng)孔電流法網(wǎng)孔電流法是利用基爾霍夫電壓定律來求解電路中各網(wǎng)孔的電流，然后利用歐姆定律求解電路中各支路的電壓。這種方法適用于比較簡單的電路，尤其是含有較少網(wǎng)孔的電路。網(wǎng)孔電流法通常使用矩陣來表示電路的方程組，并使用矩陣運算求解方程組。節(jié)點電壓法1定義節(jié)點電壓法是一種分析電路的方法，它通過求解電路中各個節(jié)點的電壓來確定電路中的電流和電壓。節(jié)點電壓法適用于任意復雜的電路，并且計算過程相對簡便。2步驟選擇一個參考節(jié)點，并將其電壓定義為0。對于每個非參考節(jié)點，寫出節(jié)點電壓方程。求解節(jié)點電壓方程組，得到各個節(jié)點的電壓。根據(jù)節(jié)點電壓和電路元件的阻抗，計算電路中的電流。3優(yōu)點節(jié)點電壓法具有以下優(yōu)點：1.適用于任意復雜的電路。2.計算過程相對簡便。3.方便處理電路中的電流源。4應用節(jié)點電壓法廣泛應用于電路分析，例如：1.確定電路中的電壓和電流。2.分析電路的穩(wěn)定性。3.設計電路的優(yōu)化方案。網(wǎng)孔電流法步驟一選擇網(wǎng)孔，并指定網(wǎng)孔電流方向。步驟二根據(jù)基爾霍夫電壓定律，對每個網(wǎng)孔建立方程。步驟三求解方程組，得到每個網(wǎng)孔電流。步驟四根據(jù)網(wǎng)孔電流，計算其他電路參數(shù)，例如支路電流、電壓等。等效電阻等效電阻是指一個能夠完全替代原電路中多個電阻的單個電阻，它在電路分析中發(fā)揮著重要的作用。1簡化電路將多個電阻簡化為一個等效電阻，可以使電路分析變得更加簡單。2計算電流利用等效電阻，可以方便地計算電路中的總電流。3分析電壓通過等效電阻，可以更清晰地分析電路中各部分的電壓。等效電阻的概念在電路分析中至關重要，它為我們提供了一種簡化電路、計算電流和分析電壓的有效工具。并聯(lián)電阻1定義并聯(lián)電路是指多個電阻元件的兩端分別連接到同一對節(jié)點上，電流可以從多個路徑流過每個電阻。換句話說，各個電阻的端點都連接在一起，形成多條并行的電流路徑。2特點并聯(lián)電路中的電壓在每個電阻上都相同，而總電流等于各支路電流之和。此外，并聯(lián)電路中任何一個電阻的開路或短路都不會影響其他電阻的正常工作。3等效電阻并聯(lián)電路的總電阻稱為等效電阻，其倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和。這意味著，并聯(lián)電路的等效電阻小于任何一個單獨的電阻。公式為：1/R=1/R1+1/R2+...+1/Rn。串聯(lián)電阻定義串聯(lián)電阻是指將多個電阻依次連接在一個電路中，電流只能通過一個電阻后才能流向下一個電阻。特點電流相同：通過每個電阻的電流大小相等。電壓累加：整個電路的總電壓等于各個電阻電壓的總和。電阻累加：總電阻等于各個電阻的總和。公式總電阻Rt=R1+R2+R3+...+Rn復雜電路分析1等效電阻法將復雜電路中的部分電路簡化為等效電阻，便于分析計算。2節(jié)點電壓法選擇電路中的節(jié)點，列出節(jié)點電壓方程，解出各節(jié)點的電壓。3網(wǎng)孔電流法選擇電路中的網(wǎng)孔，列出網(wǎng)孔電流方程，解出各網(wǎng)孔的電流。復雜電路的分析需要運用多種方法，才能有效地求解電路參數(shù)。等效電阻法、節(jié)點電壓法、網(wǎng)孔電流法是常用的方法。選擇合適的方法進行分析，可以簡化計算過程，提高效率。電橋電路電橋電路是一種常見的電路結構，用于測量未知電阻或比較兩個電阻的大小。它由四個電阻和一個檢測裝置組成，檢測裝置通常是電流表或電壓表。電橋電路的原理是：當橋路平衡時，兩個對角線的電壓相等，電流表指針指向零。通過測量已知電阻和平衡時的電流或電壓，可以計算出未知電阻的值。電橋原理平衡條件惠斯通電橋是一種測量未知電阻的電路。它由四個電阻組成，分別為R1、R2、R3和Rx。當電橋處于平衡狀態(tài)時，兩個橋臂上的電壓降相等，即：R1/R2=R3/Rx根據(jù)此公式，可以計算出未知電阻Rx的值。應用惠斯通電橋廣泛應用于各種測量領域，例如：測量電阻值溫度測量應變測量電容測量電感測量電橋的應用1測量電阻惠斯通電橋是一種常用的測量電阻的工具。它通過比較未知電阻與已知電阻之間的比例來確定未知電阻的值?；菟雇姌虻木确浅８撸梢杂脕頊y量各種類型的電阻，例如金屬電阻、半導體電阻和光敏電阻。2檢測線路故障電橋也可以用來檢測線路故障，例如斷路或短路。當線路發(fā)生故障時，電橋的平衡狀態(tài)將會發(fā)生變化，從而指示故障的位置。3自動控制在自動控制系統(tǒng)中，電橋可以用來檢測和控制各種物理量，例如溫度、壓力和流量。例如，可以利用電橋來制作溫度傳感器，用于測量和控制環(huán)境溫度。電容與電路電容，也稱為電容器，是一種常見的電子元件，它在電路中扮演著重要的角色。電容的基本功能是儲存電荷，并在電路中產(chǎn)生電場，從而影響電流的流動。電容的應用非常廣泛，它被用于各種電子設備中，例如：濾波器計時器調(diào)諧器電源電容的概念儲能元件電容就像一個小型能量儲存器，能夠存儲電荷，并釋放能量。兩極結構電容通常由兩塊金屬板組成，中間隔著絕緣層，稱為介質(zhì)。電荷積累當電容兩端加上電壓時，電荷會在金屬板上積累，形成電場。電容的單位法拉(F)法拉是電容的標準單位，以英國物理學家邁克爾·法拉第的名字命名。1法拉表示電容器兩極板之間加上1伏特的電壓時，可以儲存1庫侖的電荷。微法拉(μF)微法拉是比法拉更小的單位，1微法拉等于10^-6法拉。微法拉通常用于測量較大的電容值，例如電解電容。納法拉(nF)納法拉是比微法拉更小的單位，1納法拉等于10^-9法拉。納法拉通常用于測量較小的電容值，例如陶瓷電容。皮法拉(pF)皮法拉是比納法拉更小的單位，1皮法拉等于10^-12法拉。皮法拉通常用于測量極小的電容值，例如可變電容。電容的作用能量存儲電容可以像一個小型的電池一樣儲存電能。當電容連接到電源時，它會儲存電荷，并且在電源斷開后仍然可以保持一段時間。這種能量存儲能力在許多電路中非常有用，例如在電源供應系統(tǒng)中用于穩(wěn)定電壓，或者在電子設備中用于記憶數(shù)據(jù)。濾波電容可以過濾電路中的噪聲和干擾。當交流信號通過電容時，電容會阻擋高頻信號，而讓低頻信號通過。這種濾波能力在音頻電路中非常有用，用于去除