电学基础笔记1

电子元器件

定义：指具有某种独立功能并且在电子电路中使用的、最基本的零件，其本身常由若干零件构成，可在同类产品中通同。例如：电阻器、电容器、电感器、晶体管等。

电子元器件的分类

元件与器件

电子元件：利用自身固有功能作为电子电路基本参数的零部件，例如：电阻器、电容器、电感器、变压器等。电子元件基本是具有线性特性的无源元件。

电子器件：指在真空、气体或固体中利用和控制运动规律而制成的零部件，主要包括电子真空器件（电子管、显像管）和固体器件（晶体管、集成电路）。基本上具有非线性特性，大多数是有源器件。

线性和非线性

线性元件：自变量与应变量（通常为电压与电流）之间呈现线性关系（即一次函数关系）的一类电子元件。电阻器、电容器、电感器等都是典型的线性元件。如图1-2所示为电阻器的伏安特性曲线，改变电阻值的大小只会影响这条直线的斜率，而不会改变其直线性质。

非线性元器件: 其自变量与应变量(通常为电压与电流)之间呈现非线性关系的一类电子元器件。二极管、三极管等都是典型的非线性器件。如图1-3所示为晶体二极管的伏安特性曲线，其电压与电流的关系为一条曲线（非线性关系）。

无源与有源

无源元器件：无需工作电源即可正常工作。在电路中只需要输入信号，不需要外加电源就能正常工作。例如：电阻器、电容器、电感器、变压器、扬声器等。

有源元器件：必须接有工作电源才能正常工作。在电路中除了输入信号外，还必须要有外加工作电源，例如：晶体管、电子管、集成电路、显像管等。�

电路基础知识

电压 

端电压和点电压

定义：在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压，⽤符号"U"表示，国际单位是伏特(V)。

单位换算：1伏特等于对每1库仑的电荷做了1焦⽿的功。⾼电压⽤千伏( kV )表示，低电压⽤毫伏( mV )表示，进率为1000。

端电压：指电路中两点之间的电压差，如以电池负极为参考点(电位为0)，那么电池正极的电压为15V；如果以电池正极为参考点，那么电池负极的电压为-15V。

点电压：指电路中某个点与参考点之间的电压差，参考点通常为"接地"点（0电位）。

参考点特性：

接地点的电位通常被视为0，但实际电位可能不为0

参考点的选择会影响点电压的正负值

双电源系统：当电路同时存在正负电压时（如+12V和-12V），称为双电源系统。

直流电

定义：英⽂简写DC，符号为"="，指电压⽅向不随时间改变的电流。

特性：电压⽅向恒定不变；⼤多数电⼦电路使⽤直流电源供电；

示例：电池输出的电压（如12V）是典型的直流电

与交流电对⽐：

交流电(AC)符号为"~"，电压⽅向随时间周期性变化

交流电变化频率单位为Hz(赫兹)，我国家⽤市电频率为50Hz

交流电不仅⽅向变化，电压⼤⼩也会变化

交流电

交流电的概念 

定义：交流电(AC)是正负交替变化的电能，电压⽅向和⼤⼩随时间周期性变化

符号表示：⽤波浪线"~"表示，与直流电(DC)的"⼀横线加三个点"符号相区别

实际应⽤：⼤多数电⼦设备内部使⽤直流电，通过充电器将交流市电转换为直流电供电，如笔记本电脑的电源适配器

交流电与直流电的区别

⽅向特性：直流电⽅向恒定不变(如恒定24V)，交流电⽅向周期性变化(如从+12V到-12V交替）

波形表现：直流电在示波器上显示为⽔平直线，交流电显示为正弦波形

供电⽅式：直流电多⽤于电⼦电路供电，交流电多⽤于电⼒传输和家⽤电器

交流电的参数 

变化特征：同时具有⽅向变化和⼤⼩变化的双重特性

数学描述：符合正弦函数规律，数学表达式为 y= Asin(ωt + φ)

测量⼯具：需要使⽤示波器观测其波形变化规律

频率与赫兹 

定义：频率指交流电正负极每秒钟变化的次数，单位赫兹(Hz)

计算示例：1秒内完成2次正负交替，频率为2Hz

中国标准：家⽤市电频率为50Hz，即每秒变化50次，每次变化耗时0.02秒

国际对⽐：在电学领域中50Hz属于低频，⾼频应⽤可达kHz甚⾄MHz级别

峰值与峰峰值

峰值(Vp)：波形最⾼点与零线之间的电压差，即最⼤值

峰峰值(Vpp)：正峰值到负峰值的总电压差，当波形对称时Vpp=2×Vp

测量意义：描述交流电瞬时最⾼电压⽔平，⽤于元器件耐压值选择

有效值　　

物理定义：与直流电通过相同电阻时产⽣同等热效应的交流电压值

形象理解：将波形的"凸起"部分填补"凹陷"后得到的平均⾼度

实际意义：家⽤220V指的就是有效值，反映交流电的实际做功能⼒

计算实例：家⽤220V有效值对应的峰值电压为220×1.414≈311V

适⽤范围：仅适⽤于标准正弦波，其他波形需另⾏计算

世界各国电压标准

低压类型(100-130V)：⽇本(100V)、美国(120V)等30国，注重⽤电安全

⾼压类型(220-240V)：中国(实际供电230V)、英国(230V)等120国，注重传输效率

特殊案例：⾹港使⽤200V，与内地电器可兼容使⽤

供电策略：中国实际供电⽐标称220V⾼约5-10%，以补偿线路损耗

电流

本质定义：电荷在导体中的定向流动称为电流，⽤符号 I 表示。产生电流的先决条件是有电压的存在，并且电路要构成回路，没有电压，就好像没有落差的水，形成不了电流。同样重要的是，电路没有构成回路，就好像水渠不通，也形成不了电流。

强度定义：单位时间内通过导线截⾯的电荷量，计算公式为 I = Q / t ，其中1安培=1库仑/秒。

单位体系：

标准单位：安培(A)

常⽤⼩单位：毫安(mA)、微安(μA)、纳安(nA)，相邻单位间为1000进制

⼤单位千安(kA)仅⽤于电⼒系统

量级参考：普通⼩区⽤电约千安级别，⽇常电路多⽤毫安级。

有时我们为了分析电路需要，可以预先设定一个电流的方向。实际电流的方向与预设方向相同的称为正电流，实际电流的方向与预设方向相反的称为负电流。

电阻

物理意义：对电流的阻碍作⽤，类⽐⽔管中的障碍物阻碍⽔流。

表示符号：⽤ R 表示，单位欧姆(Ω)。

单位体系：千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)、毫欧(mΩ)，注意⼤⼩写区分（兆欧⼤写M，毫欧⼩写m）

进制关系：相邻单位间为1000进制。

欧姆定律

核⼼关系：描述电压 U 、电流 I 、电阻 R 三者关系：

U= R × I

I = U/ R

R = U/ I

应⽤要点：

已知任意两个量可求第三个量

计算时单位必须统⼀为标准单位

重要性：电⼦学最基础且最常⽤的定律，实际应⽤⼴泛。

电阻串联计算

电阻串联后总阻值增大，电容串联后总容量减小

 

连接特征：⾸尾相连的"葫芦串"式连接。

总阻公式： R 总 = R 1 + R 2 + ⋯ + R n。

实例分析：两个1kΩ电阻串联后总阻值为2kΩ。

电流特性：串联电路中各点电流相等。

电阻并联计算

电阻并联后总阻值减小，电容并联后总容量增大

连接特征：头头相连、尾尾相连的"双通道"式连接

总阻公式：

计算案例：

两个1kΩ并联：

得 R 总 = 500Ω

分流原理：

总电流

各⽀路电流 I ₁ = I₂ = 12mA （阻值相等时均分）

核⼼规律：并联后总阻值⼩于任⼀分⽀电阻，且并联⽀路越多总阻值越⼩。

注：所有公式中的变量符号均保持与课程原⽂⼀致，关键计算案例完整保留实际数值和单位换算过程。电路示意图准确对应讲解中的实例配置。

功率

定义：功率(Power)是能量转换或使⽤的速率，⽤单位时间内能量⼤⼩表示，即做功的速率。

国际单位：⽡特(W)，⽤符号P表示。

核⼼理解：功率反映的是单位时间内做功的快慢程度，1000⽡表示每秒转换1000焦⽿能量。

功率的计算公式

基本公式： P= U× I （电压×电流）

衍⽣公式：

P= I 2 R （电流平⽅×电阻）

P= U 2 / R （电压平⽅÷电阻）

公式关系：所有公式均由欧姆定律推导得出，适⽤于不同已知条件下的功率计算。

例题1: 家⽤空调功率与耗电计算

题⽬场景：

空调功率1000W

⼯作电压220V

⼯作时间5⼩时

电费1元/度

计算过程：

电流计算： I = P/ U= 1000 / 220 ≈ 4.55A

耗电量：1kW × 5h = 5kWh（5度电）

电费：5度 × 1元/度 = 5元

单位换算：

1度电 = 1千⽡时(kWh)

1000⽡设备⼯作1⼩时耗电1度