AC/DC

概述

参考：

• Wiki, Alternating current
• Wiki, Direct current

Alternating current(交流电，简称 AC) 与 Direct current(直流电，简称 DC)

学习资料

B 站 - 卢西奥显卡速修，【零基础学显卡维修】第一课：电压、电流、电阻

电的基础

参考：

• Wiki, Voltage
• Wiki, Electric current

Voltage(电压)，也称为 Electrical potential difference(电势差)

Electric current(电流)

Electrical resistance(电阻)

单位

欧姆定律

$U(电压) = R(电阻) \times I(电流)$

$I(电流) = \frac{U(电压)}{R(电阻)}$

$R(电阻) = \frac{U(电压)}{I(电流)}$

电压越大，电流越大

电线越粗，可经过的电流越多

电阻越大，可经过的电流越少

TODO: 功耗？

$电压 \times 电流 = 功耗$

电是什么

根据 物质的组成 可知：质子/中子 决定了这是"哪种元素"（质子数）和"哪种同位素"（中子数），但不参与日常导电 —— 导电只靠电子。

三种基本粒子的电性

正常情况下，一个原子里质子数 = 电子数，正负电荷相互抵消，整个原子对外不带电。

日常用的 “电” 是电子携带的能量。另一种说法是：日常用电（电流）指的是导体（如铜线）中自由电子的定向移动。

金属原子的最外层电子（自由电子）受原子核束缚较弱，可以脱离原本的原子在整个导体中自由移动。当导线两端加上电压（电场）时，这些自由电子会沿着电场反方向做定向移动，这个电子的定向移动就是电流。

那"电"到底是什么被消耗了

被消耗（转化）的是能量，不是电子本身。

具体过程：

1. 电源（电池/发电机）做的事：通过化学反应或电磁感应，把其他形式的能量（化学能、机械能）转化为电势能，这个过程会在电源内部"推"着电子在导线里定向移动（其实是在电场作用下移动，电源提供的是维持电场的能量）。
2. 电子在导线中移动时：会不断和导体里的原子发生碰撞，把电势能转化为原子的振动（也就是热能）。这就是电阻发热、灯泡发光的能量来源。
3. 净结果：电子本身只是能量的"搬运工"，它携带着电场给它的能量，一路损耗给导线/灯泡，最后带着更少的能量流回电源，电源再给它补充能量，如此循环。

可以把电子想象成传送带上的小车：

• 小车（电子）本身不会被制造出来也不会消失，它们一直在传送带（电路）上循环
• 电动机（电源）在传送带的一端给每辆小车"充能"（提供电势能）
• 小车经过某个摩擦点（灯泡/电阻）时，把能量耗散成热或光，自己带着较低的能量继续走
• 回到电动机那端，再被充能，重新出发

电阻

参考

• Wiki, Electrical resistance and conductance

只要是导体，就有 Electrical resistance(电阻)，自然界中，没有电阻为 0 的导体。物体的电阻很大程度上取决于其材料。

当电流（携带电荷的电子经过导体）时，电子会与导电体中的粒子发生碰撞，每次碰撞都会损失动能（转化为热量）。这种现象，就称为电阻。这种现象会得出最基本的几个推论：

• 这会导致部分电子前进的速度变慢，在单位时间内通过的电子数变少（i.e. 电流小了）；
• 若想在单位时间保持电流不变，则需要更大的推力（i.e. 更大的电压）去克服这些碰撞

电压与电流

因为电子本身带负电，会互相排斥，电子越多，互相排斥力越大。当物质实体的两处的电子不均衡（i.e. 排斥力不均衡），就产生了 电势差（i.e. 电压）。使用导线连通两处后，这股推力会推着电子从多的一端向少的一端移动，也就形成了电流。

万用表

参考：

万用表可以通过内部的电池提供电压与电流，以便测量元器件的电阻；万用表内部的非电源组件，可以测量元器件的电压与电流。

机械万用表

XN 表示档位倍率。$实际阻值 = 读数 \times 档位倍率$

比如读数为 2，档位是 X1K，那么该元器件的电阻值为 2000Ω

电子万用表

2M、2K、等，表示可以识别到的最大阻值，称为量程，读数直接加上量程的单位即可，比如量程是 20K，读数是 0.2，则阻值为 200Ω；量程是 2M，读数是 0.2，则阻值为 200000Ω

最佳实践

为什么要用万用表测电压、电流、电阻？

先输出个结论¹：

• 电压（V） # 测电池有没有电、家用插座是不是正常（220V）、手机充电器输出是否达标
• 电阻（Ω） # 判断线路通断，比如电线断没断、灯泡坏没坏、电阻是否正常
• 电流（A） # 相对少用，比如测家电工作的电流
• 电容（C） # 家电维修常用，比如测空调、电视电容是否鼓包损坏（测前必放电）
• 频率（Hz） # 偶尔能用，比如测电机、变频器的工作频率
• 二极管/蜂鸣档 # 测二极管好坏+快速判断线路通断（比电阻档更直观）

首先，先用一句话作为引子：电压 与 电流，是 Power supply 产生的，没有电源输出电，任何 用电设备 都不存在电压与电流。常温环境下，所有导体都有电阻，电压/电流 经过导体，一定回产生变化。

为什么要测电压

有供电了，电路板中才能存在电压、电流，才能测量板子中某位置的电压。

把万用表拨到电压档位时，内部的电池是不输出电的。

而是从表笔的输入/输出之间，接收到电，以读取出来该通电的元器件的测量点的电压是多少。此时就能判断，整个板子的供电有没有到该元器件，或者判断某个需要 3.3V 才能工作的元器件接收的电压是否足够。

为什么要测电流

TODO

为什么要测电阻

当把万用表拨到电阻档位时，万用表内部的电池将会提供电压与电流。万用表变成了电源。

此时表笔搭到元器件的两端，万用表会根据输出的电压 与 经过元器件后收到的电压 的对比，显示出电阻的读数。

此时表笔搭到元器件的两端，万用表内部施加电压，以输出一个恒定的电流。电流经过被测元器件时，施加的电压将会随电阻的大小而变化；万用表测出这个电压，再用 $R = U/I$ 计算出电阻值。

如果板子中 某条电路/某个元器件 损毁，那么电阻将会是 无穷大 或 0。因为：

• 电路断路时，则回路不通，电流为 0，电阻显示为 ∞/OL；
• 电路短路时，相当于两点间直接导通，电阻趋近于 0。

但这只是常见情况，不是所有损坏都必然只表现为这两种极端值。

此时就可以在了解到电路板的电路图之后，从板子接收电源的地方，一个一个测量元器件，以定位是哪个元器件断路或短路。

火/零 与 正/负

火线 是供电方提供电、零线是把电回给供电方。电表测交流时，不用区分正负。

交流不分正负，直流分正负。

对 供电设备 来说，正极 表示输入，负极 表示输出。

对 用电设备 来说，负极 表示输入，正极 表示输出。

电池的负极输出电给用电设备的负极（电流流入用电设备），用电设备的正极连接到电池的正极（电流流出，回到电池），以便让整条电路接通。