我们周围的电子设备通过将各种元件与布线结合来实现简单到复杂的操作,英锐恩单片机工程师介绍,为了理解电子电路,我们按顺序讲解各元件的功能。
一、电子电路不可缺少的无源元件
在电子产品开发时,常用到电阻器、电容器、线圈等,它们的作用是消耗、储存和释放所提供电力的元件,因为它们不进行功率放大和整流等有源操作,所以被称为无源元件。
二、电阻的作用
电阻,也称为电阻器,用于限制电流,将电流的变化转换为电压。电阻的单位是Ω(欧姆),电阻值越大,阻碍电流流动的力越大,流过的电流越少。当在电阻器两端施加电压时,电流会流动,该电流与电压成正比,与电阻器的阻值成反比。这被称为“欧姆定律”。通过使用欧姆定律,可以得到电路中电流、电压和电阻的值。
三、电容器的工作原理
电容器具有储存电能和释放储存电能的功能,电容器的电容量称为电容量,单位为F(法拉)。此外,电容器不通过直流电,因为它具有将电介质(绝缘体)夹在电极之间的结构,但是当施加交流电时,电流会流动,因为它会重复存储和放电现象。英锐恩单片机开发工程师介绍,“只有交流电流过”这也是电容器的特点。
当直流电通过电容器时,电流立即流动,电源正极充电(充电),负极充电(充电)(图1,瞬态)。当电荷被充电(充电)到电容器的全部电容时,没有电流流动(图2,稳态)。
另一方面,当交流电压通过电容器时,电流方向不断变化,因此电容器处于反复充电和放电过程中(图3)。这被认为与流过电介质的交流电相同,被认为是“通过交流电”。该电流称为位移电流。对交流电的电阻称为容抗,单位为Ω(欧姆)。
四、线圈的工作原理
线圈也称为电感器。线圈是缠绕导线的部分。能量可以存储在由流过导体的电流产生的磁场中。其电容称为电感,单位为H(亨利)。
沿电流流动方向顺时针方向在导线中产生磁场(右手螺旋法则)。磁通量的方向在导体缠绕的线圈中对齐。当该线圈中的磁场发生变化时,电力(介电电流)会沿阻碍磁场变化的方向流动。这称为楞次定律。因此,线圈用于仅通过直流而不通过交流的目的。英锐恩单片机工程师介绍,当电流通过导体时,会在右手螺旋相对于电流方向的旋转方向上产生磁场。
五、滤波电路:HPF和LPF
去除不需要的信号,只提取特定频率成分的电路称为滤波电路。例如,如果将施加在电阻(R)和电容(C)串联的RC串联电路的电阻上的电压(Vr)取出作为电路的输出,则只有高频分量输入电压信号的一部分被取出,低频成分被取出,被衰减而不输出。此属性称为高通滤波器 (HPF)(下左,图 6)。
另一方面,如果把加在RC串联电路电容上的电压(Vc)取出作为电路的输出,就可以取出输入电压信号的低频成分,高频成分为衰减并且不会出现在输出中,该滤波器电路称为低通滤波器 (LPF)(下右,图7)。