电路中元件电压电流的方向怎样判断？

1万 · 2021-12-10 01:35

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：

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

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

设B点电压为Vb，D点电压为Vd，C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=9.391， Vd=7.3043，结果均为近似值。

下面是一个比较复杂的桥式电路：

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B和D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，

设B点电压为Vb，D点电压为Vd，C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B、D、C三点的电压为：Vb=8.9552， Vd=8.2388， Vc=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，

以常见的硅三极管为例，硅NPN三极管的BE导通电压约为0.7V（NPN锗三极管的BE导通电压约为0.2V），Vb=0.7(伏)，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(伏)。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：

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。