1、电工基础知识电工基础知识主讲人：戚耀亮主讲人：戚耀亮2014-7-8 为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。式组合起来的电流的通路称为电路。一：进行能量的转换、传输和分配。一：进行能量的转换、传输和分配。二：实现信号的传递、存储和处理。二：实现信号的传递、存储和处理。电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流的大小用表示，简称电流。表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流小写小写 i 表示电
2、流的一般符号表示电流的一般符号dtdqi 电流的三个效应：热效应 磁效应 化学效应电流热效应电流热效应 电流的热效应：电流通过导体时发热的现象。一切导体,有电流通过时,都要发热.柴油发动机的预热塞、点烟器、保险都是利用电流的热效应来工作的.对同一个导体而言,它的电流热效应越大,说明通过它的电流一定越大。电流的磁效应电流的磁效应 电流的磁效应：当导体中有电流时,在导体周围产生跟磁铁相同作用的现象。根据电流磁效应制成的电磁铁有着广泛的应用,例如发电机、起动机、继电器等。如果通过某导体的电流所产生的磁效应越大,说明通过导体的电流一定也越大。电流的化学效应电流的化学效应 电流的化学效应：在导电溶液中有
3、电流的时候,溶液中要发生化学变化的现象,叫做电流的化学效应。汽车上的蓄电池就是利用这一效应实现放电和电能的存储。正电荷运动方向规定为正电荷运动方向规定为电流的实际方向电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。电流的换算电流的换算电流的换算：1A1000mA；1mA1000uA；当起动发动机时，蓄电池给起动机提供的最大电流 电路中电路中
4、a a、b b点两点间的点两点间的电压电压定义为单位正定义为单位正电荷由电荷由a a点移至点移至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。dqdWuabab 电路中某点的电路中某点的电位电位定义为单位正电荷由该定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。点移至参考点电场力所做的功。电路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两点两点的电位差的电位差。baabuuu电压电压 电压就是电的压力，是电子运动的原因，单位是伏特（V）。符号是U 电压是正电荷和负电荷之间的电位差，在汽车上，由蓄电池或交流发电机产生电压，从而电流流动，使各用电设备工作。电压的换算：1KV
5、1000V，1V1000mV；1mV1000uV一般使用汽油发动机的汽车上，电气系统额定电压为12V，象EQ1230，EQ2102N这种使用大功率柴油机的汽车上，电气系统额定电压为24V。电压的实际方向电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为可任选一方向为电压的参考方向电压的参考方向例：例：当当ua=3V ub=2V时时u1=1V最后求得的最后求得的u为正值，说明电压的实际为正值，说明电压的实际方向方向与参考与参考方向方向一致，否则说明两者相反。一致，否则说明两者相反。u2=1V 对一个元件，电流参
6、考方向和电压参考方向对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称常将其取为一致，称关联方向关联方向；如不一致，称；如不一致，称非非关联方向关联方向。如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。果采用非关联方向，则必须全部标示。伏安关系（欧姆定律）：伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：关联方向时：u=Ri非关联方向时：非关联方向时：u=Ri符号：符号：功率：功率：RuRiuip22电阻元件是一种消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电
7、能的元件。伏安关系：伏安关系：符号：符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。是实际电感器的理想化模型。dtdiLu dtdiLu称为电感元件的电感，单位是亨利（）。称为电感元件的电感，单位是亨利（）。只有电感上的电流变化时，电感只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但电感上即使有电流通过，但，相当于短路。，相当于短路。电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。是实际电容器的理想化模型。伏安关系：伏安关
8、系：符号：符号：dtduCi dtduCi只有电容上的电压变化时，电容两只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但，相当于上即使有电压，但，相当于开路，即开路，即 电容具有电容具有隔直作用隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。）。（1）伏安关系）伏安关系u=uS 端电压为端电压为us，与流过电与流过电压源的电流无关，由电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意源本身确定，电流任意，由外电路确定。，由外电路确定。：i=iS流过电流为流过电流为is，与电源与电源两端电压无关，由电两端电压无关
9、，由电源本身确定，电压任源本身确定，电压任意，由外电路确定。意，由外电路确定。（2）特性曲线与符号）特性曲线与符号简单电路的组成简单电路的组成 一个简单的电路由三个部分组成：电源、导线、负载 为了使电路能够正常工作，一般在电路中还有开关、保险装置。当负载有两个以上时，根据多个负载在电路中的连接方式电路分为：串联电路并联电路混联电路串联电路串联电路 在仅有的一条电流通路上接了一个或一个以上的负载。电路中任何一个部件损坏，整条电路便瘫痪，因为从蓄电池正极出来的电流必须通过每个负载才能返回负极。因此在汽车上一般不会把两个负载串联连接。串联电路特点串联电路特点总电阻是所有电阻之和流过每个电阻的电流是相
10、同的每个电阻的电压降之和等于总电压如果各个电阻的组值不相同，每个电阻两端的电压降不同。串联电路特点串联电路特点串联电路计算公式串联电路计算公式串联电路计算公式：总电阻R=R1+R2+R3+总电压U=U1+U2+U3+总电流I=I1=I2=I3=.U1=I1R1，U2I2R2，U3I3R3并联电路并联电路 并联电路中从蓄电池流出的电流分别流过每个负载所在的支路，最后回到蓄电池负极。此种电路，一条支路中的负载损坏不会影响其它支路中的部件运行。因此汽车上的电路一般都采用并联方式来连接负载。并联电路特点并联电路特点每条并联支路的电压相等总电阻小于最小的电阻如果阻值不同流过每条支路的电流便不同每条支路的
11、电流之和等于电路的总电流并联电路特点并联电路特点并联电路计算公式并联电路计算公式并联电路计算公式：总电阻R总电流II1I2I3总电压UU1U2U3.3211111RRR直流电和交流电直流电和交流电 直流电：大小和方向都不随时间变化的电流。又称恒定电流。有固定的正负极。如蓄电池，干电池，直流发电机及各种整流电源。直流电用DC表示。交流电：交流电的方向和大小随时间周期性的变化。交流电用AC表示。0tU0t/23/22u各种交流电形态各种交流电形态0t/23/22uA(单相正弦交流电单相正弦交流电)0tuB(尖脉冲尖脉冲)0tuC(半波整流脉动直流半波整流脉动直流)tuD(高压点火脉冲高压点火脉冲)
12、各种交流电形态各种交流电形态0tUI(标准直流电标准直流电)J（三相正弦交流电三相正弦交流电）/23/20t2uuBuCuAK（三相半波整流输出波形三相半波整流输出波形）Uf0tL（三相桥式整流输出波形三相桥式整流输出波形）/23/20t2u交流电三要素交流电三要素单相正交流的瞬时表达式u=UmSin(t+1)或 i=ImSin(t+2)正弦交流电三要素最大值最大值Um，Im(也称峰值峰值或或振幅振幅)或或有效值有效值U，I（Um=U,Im=I）周期周期T(或频率频率f,或或角频率角频率)T=1/f=2 fc)初相位初相位（也称初相角也称初相角）22单相交流电的连接方式单相交流电的连接方式 一
13、相两线制：即一根 火线 和一根 地线 U火线地线ABCNU火线地线图2 单相交流电的连接方式三相交流电及其连接方式三相交流电及其连接方式 由三个大小相等，频率相同，初相位互差120的单相交流电组成。ua=UmSint ub=UmSin(t+120)uc=UmSin(t-120)/23/20t2uuBuCuA三相交流电的连接方式三相交流电的连接方式 1、星形连接：2、三角形连接 A(星型连接星型连接,三相四线制三相四线制)ABCNABCNB(汽车发电系统汽车发电系统)ABCCABD(三角型连接三角型连接,三相三线制三相三线制)C(星型连接星型连接,三相三线制三相三线制)半导体半导体 半导体：导电
14、能力介于导体和绝缘体之间，纯净的半导体导电能力会受到外界光线、温度等影响。锗和硅是最常用的半导体 为了提高半导体的导电能力，在半导体内掺入一些杂质，形成P和N型两种半导体在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。自由电子 多数载流子（简称多子）空 穴少数载流子（简称少子）在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺
15、少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。自由电子 多数载流子（简称多子）空 穴少数载流子（简称少子）P 型半导体N 型半导体无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。u半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为。u将一块半导体的
16、一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 P 区 空间电荷区 N 区PN 结及其内电场内电场方向P 区 N 区载流子的扩散运动 多子扩散 形成空间电荷区产生内电场 少子漂移 扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结二极管二极管 由P型和N型两种半导体制成 二极管符号PN二极管二极管二极管单向导电性二极管单向导电性二极管的整流作用二极管的整流作用 单相半波整流 图3 半波整流U21u1半波整流输出波形Um0t/23/22U21图4半波整流波形图0t/23/22u1Um输入波形二极管的整流作用二极管的整流作用 单相桥式整流 U220t/23/22U
17、22桥 式 整 流输出波形图6桥式整流波形图0t/23/22u1Um输入波形二极管的整流作用二极管的整流作用 三相半波整流 uCuBuAUf图6 三相半波整流图7 三相半波整流波形图三相输入电压波形/23/20t2uuBuCuA/23/20t2Uff三相半波整流输出电压波形T1T2二极管的整流作用二极管的整流作用 汽车发电机三相桥式整流 NCBAuCuBuAUf图8 三相桥式整流图9 三相桥式整流波形图三相输入电压波形/23/20t2uuBuCuA/23/20t2Uf三相桥式整流输出电压波形T1T2二极管的整流作用二极管的整流作用 汽车发电机九管整流电路U1U2NuCuBuAU2U1图10汽车
18、发电机九管整流电路图10A汽车发电机负载电源图10B汽车发电机励磁绕组电源稳压二极管稳压二极管 符号 比较稳压管和二极管的特点？并在图中标出稳压管长期工作的电压极性。稳压管长期工作电压极性是反向电压（与二极稳压管长期工作电压极性是反向电压（与二极管相反），而且是工作在击穿电压区里，稳压管相反），而且是工作在击穿电压区里，稳压管可反复击穿。管可反复击穿。图21电路符号图23稳压电路DwU2U1R图22特性曲线击 穿 电压I0VI硅管U稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管 稳压电路中电阻R起何作用？在稳压时起降压限流作用 发光二极管发光二极管 发光二极管检测 二极管的检测半导体三极管是由两个背
19、靠背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为，简称晶体管或三极管。两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：和。集电结 B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电结 B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向三极管工作原理 开关、放大 基极电流控制集电极发射极电流。电流分配关系：iE=iC+iB实验表明IC比IB大数十至数百倍，因而有。IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大
20、的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。ICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE/V40302010IB/mA0UCE1V测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线与二极管类似4321IB=003 6 9 12 UCE/V20A40A60A80A100A饱和区截止区放 大 区IC/mA输出特性曲线输出特性曲线放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+Rsus+uiRC1C1C2V1RB11RB12CE1RL+uo+UCCRC2C3V2R
21、B21RB22CE2RE1RE2+uo1+各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。+uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V2RE2+uo1优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。抑制零漂的方
22、法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。RCRCREUEE+UCCV1V2+ui1+uo +ui2+uo1+uo2o2o1o21uuuuuuiii数字电路基础（1）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和1两个逻辑值）。（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。（3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分0和1两种状态即可。电信号和电流的区别电信号和电流的区别信号是一种信息
23、，表达、传递事物的某种状态电信号和电流的区别：电信号和纯粹的电流没有区别。电信号可以理解为电流随需要传送的信号变化，以此传递信息。电信号既然就是变化的电流，当然传输也就是电流的传导过程了。一般用电来传输信号时电压和电流的幅值都比较小，在工程上属于弱电的范畴。模拟信号模拟信号 模拟信号(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力、位置等。数字信号数字信号 数字信号为计算机能理解的二进制信号，为0或1状态，一般定义高电平为1低电平为0100001111模拟信号和数字信号的相互转换模拟信号和数字信号的相互转换 模拟信号和数字信号可以相互转换 传感器产生的模拟信号通过A/
24、D转换电路称为数字信号进入计算机处理 计算机运算出的结果为数字信号需要通过D/A转换电路转成模拟信号控制执行器的工作A/D101011010D/A0100100 用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称BCD码。2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421码加0011得到；格雷码是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一
25、位代码不同，其它位相同。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421 BCD码。2、编码、编码常常用用B BC CD D码码十进制数 8421码 余3码 格雷码 2421码5421码012345678900000001001000110100010101100111100010010011010001010110011110001001101010111100000000010011001001100111010101001100110100000001001000110100101111001101111011110000000100100
26、011010010001001101010111100权842124215421获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑0和1：电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。与门与门门电路有一个或多个输入端，一个输出端。输入信号和输出信号之间有一定的逻辑关系。输入输入输出输出ABC000010100111或门或门输入输入输出输出ABC000011101111F=A+B非门非门输入输入输出输出AC0110AF 逻辑非（逻辑反
27、）的运算规则为：01 10复合门电路复合门电路将与门、或门、非门组合起来，可以构成多种复合门电路。AB&F(b)逻辑符号ABF&1(a)与非门的构成ABF 由与门和非门构成与非门。（1 1）与非门与非门A BF0 00 11 01 11110AB1F(b)逻辑符号ABF11(a)或非门的构成由或门和非门构成或非门。BAF（2 2）或）或非门非门A BF0 00 11 01 11000(b)74LS20 的引脚排列图&1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8电源地(a)74LS00 的引脚排列图 电源 1 2 3 4 5 6 7&14 13 12 11 10 9 8地内含4个两输入端的与非门，电源线及地线公用。内含两个4输入端的与非门，电源线及地线公用。
