電子基礎理論-電學基本定律總結


基本定律

電子所帶的電荷量最小,故稱為元電荷。


【電荷守恆定律】:電荷既不會消失也不會產生,只能從一個物體轉移到另一個物體。這個定律主要說明了電荷是一種屬性,而不是一種物體。由這個定理,我們可以想象能量守恆,電荷轉移是需要電勢能的作用,因此我們的熱發電場所做的就是將熱能轉化為機械能,再轉化為電能,產生電勢能之後推動導體內部的自由電子運動產生電流了,這樣我們的點燈就亮了,當然這其中還有很多細節問題,比如升壓降壓,整流,耦合等等。


【歐姆定律】:一段導體內的電流,跟加在這段導體的電壓呈正比,跟這段導體的電阻成反比。這個定律僅僅說明電流與電壓、電阻的關係,而電壓和電阻是沒有關係的,電阻是導體的根本屬性,他的大小與電壓電流沒有半毛錢的關係。這個要區分清楚,通俗的說,電阻就是導體對電流的阻礙作用,這個阻礙作用是主要看導體的阻礙能力,後面我們再分析電阻的有關特性。


電子基礎理論-電學基本定律總結


【庫倫定律】:真空中的兩個點電荷之間的相互作用力,與他們的電荷量的乘積呈正比,與他們的距離的二次方呈反比。這個定律與萬有引力定律很類似,一個是宏觀宇宙,一個是微觀粒子,所謂一花一世界就是這個道理吧。庫倫定律所闡述的這種作用力叫靜電力。這個定理是說明白如何產生電場的關鍵所在。


電子基礎理論-電學基本定律總結


【電場】:電荷周圍存在電場,迅速運動的電荷會產生電磁場,靜止的電荷產生電場,稱靜電場。這個觀點和導體內部有電流通過時,導線外部產生電磁場的現象是一致的。


【焦耳定律】:電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方呈正比,跟導體的電阻及通電時間呈正比。以後在工程中,我們經常要考慮一個芯片的功耗,就是利用的電功率:單位時間內電流所做的功(P=UI)。因此我們要加散熱片,或者風扇。


電子基礎理論-電學基本定律總結


【法拉第電磁感應定律】:電磁感應定律也叫法拉第電磁感應定律,電磁感應現象是指因磁通量變化產生感應電動勢的現象。例如,閉合電路的一部分導體在磁場裡做切割磁感線的運動時,導體中就會產生電流,產生的電流稱為感應電流,產生的電動勢(電壓)稱為感應電動勢。這個定理是電路分析基礎的關鍵,也是今後學習電子技術的基本定律。

電子基礎理論-電學基本定律總結

【楞次定律】:感應電流具有這樣的方向,即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。


電子基礎理論-電學基本定律總結


【變壓器原理】:變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件,當初級線圈中通有交流電流時,鐵芯(或磁芯)中便產生交流磁通,使次級線圈中感應出電壓(或電流)。變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其餘的繞組叫次級線圈。


U1/U2=N1/N2


在發電機中,不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈,均能在線圈中感應電勢,此兩種情況,磁通的值均不變,但與線圈相交鏈的磁通數量卻有變動,這是互感應的原理。變壓器就是一種利用電磁互感效應,變換電壓,電流和阻抗的器件。


變壓器利用電磁感應原理,從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器輸送的電能的多少由用電器的功率決定。


【安培定律】:安培定則,也叫右手螺旋定則,是表示電流和電流激發磁場的磁感線方向間關係的定則。

通電直導線中的安培定則(安培定則一):用右手握住通電直導線,讓大拇指指向電流的方向,那麼四指指向就是磁感線的環繞方向。


通電螺線管中的安培定則(安培定則二):用右手握住通電螺線管,讓四指指向電流的方向,那麼大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。


電子基礎理論-電學基本定律總結


現實

上面的些理論,說實話,有誰在工作中會經常遇到呢,但是這些理論是基礎理論,是一塊一塊的墊腳石頭而已,真正在工程上,我們很少回頭來深入思考這些理論,都默認這些理論的正確性。比如說電荷的本質是什麼,幾乎沒有人會思考這個問題,因為這些問題似乎已經不需要我們去思考了。


我們在工程上,要加快速度去完成手裡的工作,比如編程、畫電路板、畫原理圖、驗證算法、做很多實驗,還有許多研發方案、設計方案和產品說明書要去完後,而關於電子的一些基本理論我們已經不再需要去探索了。


但是有一點要強調,萬變不離其中,一切都要基於電子這個東西,我們以後會繼續寫文章帶你從不同的角度去理解電路、信號、編程等方面的東西。


很有趣的,一起來學習吧。學著學著你就會發現,你用到了上面的這些理論。


電子學

這篇文章是電學基本理論的第三篇,也是結束篇,我先把這些基本理論說清楚,然後繼續深入研究,我們先來了解什麼是電子學?


【電子學】:電子學是以電子運動和電磁波及其相互作用的研究和利用為核心而發展起來的。它作為新的信息作業手段獲得了蓬勃發展。電子學涉及很多的科學門類,包括,物理、化學、數學、材料科學等。


電子學誕生迄今只有100年左右的歷史,它是在早期的電磁學和電工學的基礎上發展起來的。在電子學誕生之前,人類對於電磁現象的研究已相當深入。一系列物理定律已經確立,如庫侖定律、安培定律、 歐姆定律、 楞次定律、法拉第電磁感應定律等。


看到沒有,是以電子運動和電磁波,現在明白為什麼我要講那麼多的關於電子和電荷的本質問題了吧。


【電子技術】:電子技術和電子學還有點不一樣,這些概念容易搞混淆。電子技術是根據電子學的原理,運用電子元器件設計和製造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學,包括信息電子技術電力電子技術兩大分支。


電力電子技術又叫功率電子技術,其實通俗一點就是發電、電力傳輸、電力供應,比如整流、逆變、升壓、降壓那些強電方面的東西,主要是解決我們用電的問題。而信息電子技術是用來傳遞信息的,屬於弱電,比如信號處理、雷達、聲吶、生物信號處理、圖像處理等等。


而我主要研究的就是信息電子技術,當然功率電子技術也會有一些涉及。


信息電子技術


信息電子技術包括 Analog (模擬) 電子技術和 Digital (數字) 電子技術。電子技術是對電子信號進行處理的技術,處理的方式主要有:信號的發生、放大、濾波、轉換。


主要課程:

《電路分析基礎》、《模擬電子技術基礎》、《數字電子技術基礎》、《高頻電子線路》、《微波技術與天線》、《電磁場與電磁波》、《數字信號處理》、《信號與系統》、《微機原理》、《通信原理》、《數字圖像處理》等。


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