电路中元件电压电流的方向怎样判断?

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suncat0504|  楼主 | 2021-12-10 01:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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电路中元件电压电流的方向怎样判断?
学过电子,搞过电路的电子技术爱好者们,对于电子器件、电路一定都很熟悉。记得很早以前,刚开始学习模拟电路时,涉及电阻的,要计算通过的电流和它两端的电压,避免功率超过电阻本身的功率;涉及三极管的,一定要根据这个三极管的参数仔细计算基极电流电压,集电极发射极之间的电流、电压等等。这么小心的根本原因,都是防止超过元器件的极限状态,导致器件被烧毁。后来出现的集成电路,虽然不用计算电流是多少,但是要特别注意工作电压,其实也一样是防止电压太高,导致工作电流太大,烧毁集成块。
实际动手操作中,我们经常出现的错误是:
1、 电压接反导致元器件损坏
2、 没有考虑极性电容的极限电压问题,导致电容鼓包。
3、 没有考虑电路中出现的极端情况(通常是开机关机瞬间,或者静电、雷击、电磁干扰等导致的电压电流瞬间升高),导致元器件损坏。
4、 由于操作不小心,导致电路或者局部电路出现瞬间的短路,导致元器件损坏。
    所以说,做这行的人,真得要心细才行。
既然电路的构成是由电子元器件构成的,那么在电路中工作时,就一定避不开电压和电流的问题,那么如何计算元器件在电路中承受的电压和流过的电流,以及电流的方向呢?我们都知道,在大自然中,水是很自然的会由高处向低处流动,原因是受重力因素的影响。而毛细现象,是因为除了重力,还有其它力的存在,导致向重力反方向流动。在电子学中,所谓电流,就是指电子的流动。在电路中,电子通常会从电位高的地方,向电位低的地方流动。根据这原理,当我们看到一个电路的时候,首先要确认电压的高低,才能判断电流的方向。例如下图所示电路:
9743961b23dd2eff78.png
电流从电池正极出发,经A--->B--->C--->D,回到电池负极。这是一个最简单的电路。
稍微变化以下,形成以下电路
3248861b23ddccd474.png
这是一个并联加串联的电路,电路中会有以下几个电流流向
1、A--->B--->C--->E
2、A--->D--->C--->E
B点电压为VbD点电压为VdC点电压为Vc,因为任何一个节点的电流总流入和总流出一定相等,所以有计算公式:(12-Vc)/(R1+R2) +(12-Vc)/(R3+R4) = Vc/R6
得出Vc=4.1739。从而再次计算出Vb=9.391Vd=7.3043,结果均为近似值。
下面是一个比较复杂的桥式电路:
1254261b23de870a3e.png
电路中会有以下几个电流流向
3、A--->B--->C--->E
4、A--->B--->D--->C--->E
5、A--->D--->C--->E
第一种和第三种很好理解,第二种为什么会出现呢?为什么不是A--->D--->B--->C--->E呢?
事实上,因为电路的这种构成,导致BD之间产生了电势差,电流会从电位高的地方流向电位低的地方,经过下面的计算,
B点电压为VbD点电压为VdC点电压为Vc,因为任何一个节点的电流总流入和总流出一定相等,所以有以下计算公式(我们先假设B点和D点之间的电流是B--->D,如果计算结果Vb<Vd,则实际电流是从D--->B)
1(12-Vb)/R1 =(Vb-Vd)/R5 + (Vb-Vc)/R2
2(12-Vd)/R3 +(Vb-Vd)/R5 = (Vd-Vc)/R4
3(Vb-Vc)/R2 + (Vd-Vc)/R4=Vc/R6
会得到BDC三点的电压为:Vb=8.9552Vd=8.2388Vc=4.2985,结果均为近似值。
因为Vb > Vd,所以电流是B--->D
以上几个例子,仅仅是直流纯电阻电路。如果电路中加入了电容、电感器件的,计算将更加复杂,要考虑容抗、感抗。同时由于电容和电感本身具有特性,电路的电流不再是固定值,在进入稳定状态之前,电路中的某些点的电压和某些支路的电流有可能是曲线变化的。
当电路中存在三极管时,如下图,引入了一个NPN三极管,
6091261b23df7420c4.png
以常见的硅三极管为例,硅NPN三极管的BE导通电压约为0.7VNPN锗三极管的BE导通电压约为0.2V),Vb=0.7()A--->B的电流为(3 - 0.7/1K = 2.3mA。而A--->C间的电流,要视这个三极管的放大倍数而定。设放大倍数为β,则A--->C间的电流,即集电极电流为2.3 x βmA。则Vc=3 - 2.3 x β()。如果三极管的放大倍数β很大,就会出现Vc<0的情况,事实上这是不可能的。这种情况下,当基极电流达到某一个极限的时候,三极管会进入饱和状态。在饱和状态下,CE间的电压一般固定为0.2伏(具体的值要看三极管的参数)。三极管的工作特性,一般都会提供工作曲线,如下图所示:
5831561b23e03bb2ef.png
使用三极管的时候,一定要参照它的工作曲线去设计周围电路。
当有三极管的电路中引入电容、电感的时候,除了之前说过的曲线变化,还有可能形成振荡电路。这个时候的电压和电流,就会变成周期变化的数据,计算起来也更复杂了。当电源为交流电的时候,除了考虑电压对电路的影响,还要考虑电源波形以及相位的影响。因篇幅所限以及自己的知识不足,更多复杂的电路的分析,就不一一列举了。作为一个引子,希望爱好者们可以专门花些功夫学习相关的知识。还是那句话,学无止境。电路的组合千变万化,具体问题具体分析,绝对不能固化。
总之,实际应用中准确计算出电路中某个点的电压,以及某个支路的电流是比较难的。有经验的工程师,通常会进行估算,并根据估算结果对电路进行调整,保证元器件能正常工作。作为爱好者,在搭配电路的时候,最好先做理论计算以及用软件仿真,避免损坏元器件。

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七毛钱| | 2021-12-15 10:12 | 显示全部楼层
今天能学的东西真多

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深秋王| | 2021-12-24 14:11 | 显示全部楼层
学习了!谢谢!

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yhgwork| | 2021-12-25 01:23 | 显示全部楼层
楼主,这个是什么仿真软件?哪里可以下到?

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FengYW77| | 2022-1-6 09:44 | 显示全部楼层
学到了,谢谢楼主

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suncat0504|  楼主 | 2022-1-6 16:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 suncat0504 于 2022-1-6 17:22 编辑
yhgwork 发表于 2021-12-25 01:23
楼主,这个是什么仿真软件?哪里可以下到?

是这个软件:Livewire,

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sparrow054| | 2022-1-7 17:10 | 显示全部楼层
好专业啊

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