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电流、功率与元件限制

区分电荷流与能量流,并检查电阻耗散。

电流需要闭合路径

电流是电荷通过横截面的速率:I=ΔQ/ΔtI=\Delta Q/\Delta t。一安培为每秒一库仑。约定电流方向是正电荷移动的方向。金属中的电子运动方向相反;电路方程始终采用约定电流方向。

电源只连接电阻的一个端子,不能建立流过电阻的持续直流电流。需要完整回路。没有分支分流时,串联路径的每个元件流过相同电流。电压跨元件测量;电流通过支路测量。电流表必须串联插入。将电流输入档的表直接跨接电源,会形成非预期的低电阻支路。

能量预算

电流进入电压正端时,吸收功率为 P=VIP=VI。电阻耗散 I2R=V2/RI^2R=V^2/R。假设在 1 kΩ 两端施加 5 V,电流为 5 mA,功率为 25 mW。假设额定值 0.125 W 高于计算耗散,但实际允许功率取决于温度及厂商降额曲线。仅有标称额定值并不能构成热设计。

现在将电阻降低到 100 Ω。电流变为 50 mA,功率为 250 mW。电压不变,耗散却增加十倍。选择较低电阻可以改善负载效应,但会增加电流、发热并缩短电池寿命。在同一符号约定下,供应功率的电源吸收功率为负;因此总功率和是一项有用检查。

实用记录

创建表格,包含电压、电阻、电流、计算耗散和明确功率上限。标明哪些数值是假设。3.3 V 电源和 330 Ω 时,理想电流为 10 mA,电阻功率为 33 mW。实测电流明显高于预测,可能说明电阻不同、存在额外并联路径或电源设置错误。不要不断修改单位,直到数值看起来合理,从而掩盖不匹配。

自己试试

2.2 kΩ 电阻跨接在 3.3 V 两端。求电流和功率。

阅读解释

I = 1.5 mA。P = 3.3 × 0.0015 = 0.00495 W = 4.95 mW。元件温度和降额仍需查阅真实数据手册。

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