0x00 有关电的基础知识

电子和电荷

电子是负电，电荷有正有负。

电流是指正电荷在导体中定向移动，电荷的流动形成了电流。

在物质结构中，会跑的是带负电的电子，带正电的原子核不会跑。

所以其本质是电子在移动。

正负极

在电路中，“正极”和“负极”就是两个不同电势（电压）端点，它们之间存在电位差，电荷（主要是电子）才会从电势高的一端流向电势低的一端，形成电流。

正极（+）：在电路中电势较高的一端。
负极（–）：电势较低或基准点的一端。

电流的本质：电流是电子在导线内部连续移动产生的流量，只有在一个完整的闭合回路中才能持续流动。

正极／负极 只决定“推动”电荷的电压差高低；
电流是电荷流动的量度，在单一路径上保持不变；
电路里电荷既不能凭空多，也不能凭空少，所以正负极之间的任何一段导线上流过的电流都相同。

不允许正负极接反的原因，是因为电路中的电流有方向性。如果正负极接反，电流会反向流动，导致电流绕过原本设计好的保护和限流路径，可能经过一些不该承受电流的元件，造成短路、过载或器件烧毁。（可以考虑一下大部分设备都会串联、并联，电流方向反了肯定会出问题）

欧姆定律

电压是电流推动电子流动的力量，通常表示为V，单位是伏特（V）（电压是两个点之间的电势差，它实际的差值是固定的）。

电流是电子在一个闭合回路中移动的量，通常表示为I，单位是安培（A）1安 = 1000毫安。

电阻是电流在通过一种介质时受到的阻碍，通常表示为R，单位是欧姆（Ω）。

欧姆定律 电阻等于电压除以电流，它的公式为R=V/I。

万用表

由于测量电路也必须达成电流回路，所以万用表在com（公共端）中把内部测量电路的负极全部连接到了一起。

可以把万用表简化成一个以 COM 为负极端、红笔端为正极端的电路元件

反接正负极后果：

万用表在电压档测量电压时，如果你接反了正负极，不会烧坏万用表也不会影响安全，只会显示负数。

只取很小的电流（几微安）去感知两端的电压差；

当万用表误接到电流档并跨接在电源正负极之间时，整个回路的总电阻骤降到仅剩下万用表内部那条分流电阻。本来应该有用电器的电阻。

万用表中分流器的设计就是让电流几乎不受阻碍地流过，以便精确测量。它的阻值可能只有几毫欧（0.001Ω）到几欧（1Ω）。

如果电源是 12V，表内分流电阻 0.01Ω，则
$$
I=12V/0.01Ω=1200A
$$
这远远超过普通万用表（几安培到十几安培）和其保险丝／分流器的承受能力。

电压档可测的原因是因为，万用表在电压档的时候，内部电阻及其大，几乎不取电流。

线

火线：带电导线，提供交流或直流电源的高电位一端。

零线：与火线配对，电路回路的低电位一端。

地线：专为安全保护而设，将设备外壳或机架直接连到大地；不承载工作电流，只有在故障时或作屏蔽时才有电流流过。当设备外壳意外带电时，电流会通过地线流入大地，触发断路器跳闸，保护人身与设备安全。

三相线（L1、L2、L3）：共有三根同等地位的火线。

0x01 电阻

直插电阻的阻值计算

红+红+黑+金=22*1 误差5%

电阻本身功耗P

电阻在使用的时候会有功耗的，设计电路的时候电阻的功率不能超过电阻的额定功率，不然可能过热会烧掉。

P是电阻的功率计算公式：P=I*V(功率=电压*电流)和P=I²*R(功率=电流的平方*电阻)和P=V²/R(功率=电压的平方/电阻)

需要重新学习本章

电阻限制电流I

电阻可以限制电荷的移动，利用这种特性可以给电路做一个限制电流。

因为有可能会出现供电电压大于负载工作电压的情况，可以用电阻限电流。

8V的电源电压，led灯2V电压，5mA的电流，因为电流在一条单一路径不会变，所以整条线都是5mA。

求电阻的值是多少才不会烧。

直接8V会烧掉，8/5=1.6kR的电阻才可以挡住。因为电压远远大于所需要的2V。

如果加入一个2V的led灯，电阻的值就变成(8-2)/5=1.2kR

同时要求P=0.005A*6V=0.03W，也就是必须1.2kR的电阻并且电阻功率满足0.03W=30mW才可以。

供电电源小知识

电流是负载自己决定的，电流上的旋钮调到2A，就是允许最多用到2A，电流的上限/保护阈值。

如果内部短路或者接反可能会导致设备想拉大电流，电源此时起到一个限流的作用。

电阻的分流

0x02 电容

电容是两个不连通的导体加上中间的绝缘材料

特性：电容两端的电压不能突变，只要电容不充电或者放电，两端的电压就不变。

电容两端电压只会缓慢上升。想改变电容两端相对电压，必须对其进行充电或者放电。

虽然相对电压不会突变，但是电容的电压可以同时突变。

重温一下电压知识：电压是高电势到低电势的差，电流是从正极到负极流动的。

可以把电容比做一个水的容器，电流比作水管里的水，电会一点一点填满电容，所以不会突变（水突然满）。电阻只能是一根窄窄的水管，所以电阻两端的电压都是一样的。

电源的电压是固定的，所以能一直有电流流出来。电容的电压差需要靠着电流不断注入才能缓缓上升。可以把电容理解为一个气球，电源开始向气球灌电，此时气球下面的水管感受不到水压，因为气球正在存水，气球有弹性，越往里灌它就越鼓，里面的压力（对应电容两端的电压）也就越大。鼓得越大，气球内部反推水的力量也越强，灌进去的流速（电路里的电流）就越慢。