模拟电路的原理和应用：感抗、欧姆定律等

模拟电路就是利用信号的大小强弱（某一时刻的模拟信号，即时间和幅度上都连续的信号）表示信息内容的电路，例如声音经传声器变为电信号，其声音信号的大小就对应于电信号大小强弱（电压的高低值或电流的大小值）。用于处理该信号的电路就是模拟电路。模拟信号在传输过程中很容易受到干扰而产生失真（与原来不一样）。与模拟电路对应的就是数字电路。模拟电路是数字电路的基础。

学习模拟电路应掌握以下概念。

1.电源

电源是电路中产生电能的设备。按其性质不同，分为直流电源和交流电源。它们分别是由化学能和机械能转换成电能的。直流电源是由化学能转换为电能的，如干电池和铅酸蓄电池；交流电源是通过发电机产生的。

电源内有一种外力，能使电荷移动而做功，这种外力做功能力称为电源电动势，常用符号E表示，其单位为伏（V）。常用单位及换算关系为

1千伏（kV）=1000伏（V）

1伏（V）=1000毫伏（mV）

1毫伏（mV）=1000微伏（μV）

2.电路

电路指电流通过的路径。它由电源、导线和控制元器件组成。

3.电流

电流指电荷在导体上定向移动，在单位时间内通过导体某一截面的电荷量，用符号I表示。电流的大小和方向能随时间有规律地变化，称为交流电流；电流的大小和方向不随时间发生变化，称为恒定直流电流。

电流的单位为安，用字母A表示。常用单位及换算关系为

1安（A）=1000毫安（mA）

1毫安（mA）=1000微安（μA）

4.电压

电压是指电流在导体中流动的电位差，电路中元器件两端的电压用符号U表示。电位的单位也称为伏（V）。常用单位为伏（V）、毫伏（mV）、微伏（μV）。

5.电阻

电阻是指导体本身对电流所产生的阻力，用符号R表示。电阻的单位为欧，用符号Ω表示。常用单位及换算关系为

1kΩ=1000Ω

1MΩ=10³kΩ=10⁶Ω

由于电阻的大小与导体的长度成正比，与导体的截面积成反比，且与导体的本身材料有关，R（Ω）的计算公式为

式中 L———导体的长度（m）；

A———导体的截面积（m²）；

ρ———导体的电阻率（Ω·mm²/m）。

6.电容

电容是指电容器的容量。电容器由两块彼此相互绝缘的导体组成，一块导体带正电荷，另一块导体一定带负电荷。其存储电荷量与加在两导体之间的电压大小成正比。

电容用字母C表示。电容量的基本单位为法，用字母F表示。常用单位及换算关系为法（F）、微法（μF）和皮法（pF）。

1F=10⁶μF=10¹²pF

电容器在电路中的作用有：

1）能起到隔直流通交流的作用。

2）电容器与电感线圈可以构成具有某种功能的电路。

3）利用电容器可实现滤波、耦合定时和延时等功能。

使用电容器时应注意：电容器串联使用时，容量小的电容器比容量大的电容器所分配的电压要高，串联使用时要注意每个电容器的电压不要超过其额定电压。电容器并联使用时，等效电容的耐压值等于并联电容器中最低额定工作电压。

串并联时的等效电容计算见表1-1。

表1-1 电阻和电容串并联等效电容计算

注：表中G为电导，。

7.电能

电能指在某一段时间内电流的做功量。常用千瓦时（kW·h）作为电能的计算单位，即功率为1kW的电源在1h内电流所做的功。

电能用符号W表示，单位为焦，单位符号为J。电能的计算公式为

W=Pt

式中，电功率P的单位为瓦（W），时间t的单位为秒（s），电能W的单位为焦（J）。

8.电功率

电功率是指在一定的单位时间内电流所做的功。电功率用符号P表示，单位为瓦，单位符号为W。常用单位为千瓦（kW）和毫瓦（mW）等，即1W等于1000mW。

电功率是衡量电能转换速度的物理量。(www.xing528.com)

假设在一个电阻值为R的电阻两端加上电压U，而流过R的电流为I，求该电阻上消耗的电功率P，即

式中，电压U的单位为伏（V），电流I的单位为安（A），电阻R的单位为欧（Ω），电功率P的单位为瓦（W）。

9.电感线圈

电感线圈是用绝缘导线绕制在铁心或支架上的线圈。它具有通直流、阻交流的作用。可以配合其他电器元器件组成振荡电路、调谐电路、高频和低频滤波电路。

电感是自感和互感的总称，其两种现象表现为：当线圈本身通过的电流发生变化时将引起线圈周围磁场的变化，而磁场的变化又在线圈中产生感应电动势，这种现象称作自感；两只互相靠近的线圈，其中一个线圈中的电流发生变化，而在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象称为互感。

电感用符号L表示，单位为亨，单位符号用字母H表示。常用单位为毫亨（mH）和微亨（μH）。换算关系为

1H=10³mH=10⁶μH

电感线圈对交流电呈现的阻碍作用称作感抗，用符号X_L表示，单位为欧（Ω）。感抗与线圈中的电流的频率及线圈电感量的关系为

X_L=ωL=2πfL

10.欧姆定律

在一段不含电动势、只有电阻的电路中，流过电阻R的电流I与加在电阻两端的电压U成正比，与电阻成反比，称作无源支路的欧姆定律。

欧姆定律的计算公式为

式中，I为支路电流（A）；U为电阻两端的电压（V）；R为支路电阻（Ω）。

在一段含有电动势的电路中，其支路电流的大小和方向与支路电阻、电动势的大小和方向、支路两端的电压有关，称作有源支路欧姆定律。其计算公式为

11.基尔霍夫定律

基尔霍夫第一定律为节点电流定律，几条支路所汇集的点称作节点。对于电路中任一节点，任一瞬间流入该节点的电流之和必须等于流出该节点的电流之和（假定流入的电流为正值，流出的则看作是流入一个负极的电流），即

I₁+I₂-I₃+I₄-I₅=0

基尔霍夫第二定律为回路电压定律。电路中任一闭合路径称作回路，任一瞬间，电路中任一回路的各阻抗上的电压降的代数和恒等于回路中的各电动势的代数和。

12.频率

频率指交流电流每秒钟完成的循环次数。用符号f表示，单位为赫（Hz）。我国交流供电的标准频率为50Hz。

13.周期

周期指电流变化一周所需要的时间。用符号T表示，单位为秒（s）。周期与频率的关系是互为倒数，其数学公式为

14.相位和初相位

在电流表达式i=I_msin（ωt+φ）中，电角度（ωt+φ）是表示正弦交流电变化过程的一个物理量，称作相位。当t=0（即起始时）时的相位φ称作初相位。

15.角频率

角频率指正弦交流电在单位时间内所变化的电角度。用符号ω表示。单位是弧度/秒（rad/s）。角频率与频率和周期的关系为

16.振幅值

振幅值是交流电流或交流电压，在一个周期内出现的电流或电压的最大值。用符号I_m表示。

17.有效值

有效值指交流电流i通过一个电阻时，在一个周期内所产生的热量，如果与一个恒定直流电流I通过同一电阻时所产生的热量相等，该恒定直流电流值的大小称作该交流电流的有效值，用字母I表示，电压有效值用U表示。

对于正弦交流电，其电流及电压的有效值与振幅值的数量关系为

18.相电压

相电压指在三相对称电路中，每相绕组或每相负载上的电压，即端线与中线之间的电压。

19.相电流

相电流指在三相对称的电路中，流过每相绕组或每相负载上的电流。

20.线电压

线电压是指在三相对称电路中，任意两条线之间的电压。

21.线电流

线电流是指在三相对称电路中，端线中流过的电流。