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电工技术基础

电工技术基础知识

元气件的认识

第一章：

电子器件

第1节 电阻器 

电阻，代号缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。

欧姆定律说，I=U/R，那么R=U/I，电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“Ω”表示，有这样的定义：

导体上加上一伏特电压时，产生一安培电流所对应的阻值。

电阻的主要职能就是阻碍电流流过。

事实上，“电阻”说的是一种性质，而通常在电子产品中所指的电阻，是指电阻器这样一种元件。

欧姆常简称为欧。

表示电阻阻值的常用单位还有千欧（kΩ），兆欧（MΩ）。

一、电阻器的种类

电阻器的种类有很多，通常分为三大类：

固定电阻，可变电阻，特种电阻。

在电子产品中，以固定电阻应用最多。

而固定电阻以其制造材料又可分为好多类，但常用、常见的有ＲＴ型碳膜电阻、ＲＪ型金属膜电阻、ＲＸ型线绕电阻，还有近年来开始广泛应用的片状电阻。

型号命名很有规律，Ｒ代表电阻，Ｔ－碳膜，Ｊ－金属，Ｘ－线绕，是拼音的第一个字母。

在国产老式的电子产品中，常可以看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是ＲＴ型的。

而红颜色的电阻，是ＲＪ型的。

 电阻器当然也有功率之分。

常见的是1/8瓦的“色环碳膜电阻”，它是电子产品和电子制作中用的最多的。

当然在一些微型产品中，会用到1/16瓦的电阻，它的个头小多了。

再者就是微型片状电阻，它是贴片元件家族的一员。

二、电阻器的标识

这些直接标注的电阻，在新买来的时候，很容易识别规格。

国际上惯用“色环标注法”。

事实上，“色环电阻”占据着电阻器元件的主流地位。

“色环电阻”顾名思义，就是在电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。

有的是用４个色环表示，有的用 ５个。

有区别么？

是的。

４环电阻，一般是碳膜电阻，用３个色环来表示阻值，用 １个色环表示误差。

５环电阻一般是金属膜电阻，为更好地表示精度，用４个色环表示阻值，另一个色环也是表示误差。

下表是色环电阻的颜色-数码对照表：

颜 色有效数字乘 数 允许偏差

黑 色 010的0次方  

棕 色 110的1次方 +/- 1%

红 色 210的2次方 +/- 2%

橙 色310的3次方 -----

黄 色410的4次方 -----

绿 色510的5次方 +/- 0.5%

蓝 色610的6次方 +/- 0.2%

紫 色710的7次方 +/- 0.1%

灰 色810的8次方 -----

白 色910的9次方 +5~-20%

无 色---------- +/- 20%

银 色----------+/- 10%

金 色----------+/- 5%

色环电阻的规则是最后一圈代表误差，对于四环电阻，前二环代表有效值，第三环代表乘上的次方数。

不要怕，记住颜色和数码就行啦，其他的不用记。

有一个秘诀：

面对一个色环电阻，找出金色或银色的一端，并将它朝下，从头开始读色环。

例如第一环是棕色的，第二环是黑色的，第三环是红色的，第四环是金色的，那么它的电阻值是1、0，第三环是添零的个数，这个电阻添2个零，所以它的实际阻值是1000Ω，即1kΩ。

三、可变电阻

可变电阻又称为电位器，电子设备上的音量电位器就是个可变电阻。

但是一般认为电位器都是可以被手动调节的，而可变电阻一般都较小，装在电路板上不经常调节。

可变电阻有三个引脚，其中两个引脚之间的电阻值固定，并将该电阻值称为这个可变电阻的阻值。

第三个引脚与任两个引脚间的电阻值可以随着轴臂的旋转而改变。

这样，可以调节电路中的电压或电流，达到调节的效果。

四、特种电阻

光敏电阻 是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。

如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上，用万用表的R×1k挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值：

将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发生变化。

在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达几兆欧以上（万用表指示电阻为无穷大，即指针不动），而在较强光线下，阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。

 利用这一特性，可以制作各种光控的小电路来。

事实上街边的路灯大多是用光控开关自动控制的，其中一个重要的元器件就是光敏电阻（或者是光敏三级管，一种功能相似的带放大作用的半导体元件）。

热敏电阻是一个特殊的半导体器件，它的电阻值随着其表面温度的高低的变化而变化。

它原本是为了使电子设备在不同的环境温度下正常工作而使用的，叫做温度补偿。

新型的电脑主板都有CPU测温、超温报警功能，就是利用了的热敏电阻。

第二节 电容器

电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。

与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。

顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。

尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。

两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。

我们公司生产的蓄电池，就是一种电容器。

两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。

电容器也分为容量固定的与容量可变的。

但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。

不同的电容器储存电荷的能力也不相同。

规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。

电容的基本单位为法拉（F）。

但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：

1法拉（F）= 1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）

在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。

小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。

大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。

而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。

电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。

 把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压，我们说电容器储存了电荷。

电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。

充好电的电容器两端有一定的电压。

电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。

电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。

电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。

那么交流电为什么能够通过电容器呢？

我们先来看看交流电的特点。

交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。

电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。

第三节 电感器

电感器在电子制作中虽然使用得不是很多，但它们在电路中同样重要。

我们认为电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。

电感器用符号L表示，它的基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。

它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。

另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。

 电感器的特性恰恰与电容的特性相反，它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。

变压器 是由铁芯和绕在绝缘骨架上的铜线圈线构成的。

绝缘铜线绕在塑料骨架上，每个骨架需绕制输入和输出两组线圈。

线圈中间用绝缘纸隔离。

绕好后将许多铁芯薄片插在塑料骨架的中间。

这样就能够使线圈的电感量显著增大。

变压器利用电磁感应原理从它的一个绕组向另儿个绕组传输电能量。

变压器在电路中具有重要的功能：

耦合交流信号而阻隔直流信号，并可以改变输入输出的电压比。

电力变压器就是把高压电变成民用市电，而我们的许多电器都是使用低压直流电源工作的，需要用电源变压器把220V交流市电变换成低压交流电，再通过二极管整流，电容器滤波，形成直流电供电器工作。

继电器 就是电子机械开关，它是用漆包铜线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈，当线圈中流过电流时，圆铁芯产生了磁场，把圆铁芯上边的带有接触片的铁板吸住，使之断开第一个触点而接通第二个开关触点。

当线圈断电时，铁芯失去磁性，由于接触铜片的弹性作用，使铁板离开铁芯，恢复与第一个触点的接通。

因此，可以用很小的电流去控制其他电路的开关。

整个继电器由塑料或有机玻璃防尘罩保护着，有的还是全密封的，以防触电氧化。

第二章：

半导体器件

第一节 二极管 

半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。

半导体最重要的两种元素是硅（读“gui”）和锗（读“zhe”）。

二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。

我们用万用表来对常见的1N4001型硅整流二极管进行测量，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极时，表针会动，说明它能够导电；然后将黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，这时万用表的表针根本不动或者只偏转一点点，说明导电不良。

常见的几种二极管，其中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。

二极管有两个电极，并且分为正负极，一般把极性标示在二极管的外壳上。

大多数用一个不同颜色的环来表示负极，有的直接标上“-”号。

大功率二极管多采用金属封装，并且有个螺帽以便固定在散热器上。

利用二极管单向导电的特性，常用二极管作整流器，把交流电变为直流电，即只让交流电的正半周（或负半周）通过，再用电容器滤波形成平滑的直流。

二极管的类型也有好几种，对于电子制作来说，常常用到以下的二极管：

 用于稳压的稳压二极管，用于数字电路的开关二极管，用于调谐的变容二极管，以及光电二极管等，最常看见的是发光二极管。

第二节 三极管 

半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。

它最主要的功能是电流放大和开关作用。

三极管顾名思义具有三个电极。

二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极（用字母b表示）。

其他的两个电极成为集电极（用字母c表示）和发射极（用字母e表示）。

由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管。

三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。

三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观如图，大的很大，小的很小。

三极管的电路符号有两种：

有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。

实际上箭头所指的方向是电流的方向。

电子制作中常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪声管9014（NPN），高频小功率管9018（NPN）等。

它们的型号一般都标在塑壳上。

第三节 可控硅 

可控硅也称作晶闸管，它是由PNPN四层半导体构成的元件，有三个电极，阳极A，阴极K和控制极G 。

可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。

在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。

可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。

单向可控硅有三个PN结，由最外层的P极和N极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的P极引出一个控制极。

第三章：

基本工具

第一节 万用表

目前的万用表分为指针式和数字式，它们各有方便之处。

万用表的三个基本功能是测量电阻、电压、电流。

现在的万用表添加了好多新功能，尤其是数字式万用表，如测量电容值，三极管放大倍数，二极管压降等，更有一种会说话的数字万用表，能把测量结果用语言播报出来。

万用表最大的特点是有一个量程转换开关，各中功能就是靠这个开关来切换的。

基本上，用A-来表示测直流电流，一般毫安档和安培档各又分几档。

V-表示测直流电压，高级点的万用表有毫伏档，电压档也分几档。

V~是用来测交流电压的。

A~测交流电流。

Ω欧姆档测电阻；对于指针式万用表，每换一次电阻档还要做一次调零。

调零就是把万用表的红表笔和黑表笔搭在 一起，然后转动调零钮，使指针指向零的位置。

注意事项：

 万用表使用时，红表笔插在+孔内，黑表笔插入-孔内。

 测试电流就用电流档，而不能误用电压档、电阻挡，其他同理，否则轻则烧万用表内的保险丝，重则损坏表头。

事先不知道量程， 就选用最大量程尝试着测量，然后断开测量电路再换档，切不可在线的情况下转换量程。

有表针迅速偏转到底的情况，应该立即断开电路，进行检查。

最后还有一个规矩，就是约定用完后的万用表要把量程开关拨到交流电压最高档，以防别人不慎测量220V市电电压而损坏。

第二节 电烙铁

电烙铁分为外热式和内热式两种，外热式的一般功率都较大。

内热式的电烙铁体积较小，而且价格便宜。

松香是一种助焊剂，可以帮助焊接

电路基础知识

电 流

 电荷的定向移动叫做电流，电流常用I表示。

电流分直流和交流两种。

电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流。

电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。

电流的单位是安（A），也常用毫安（mA）或者微安（uA）做单位。

1A=1000mA,1mA=1000uA。

   电流可以用电流表测量。

测量的时候，把电流表串联在电路中，要选择电流表指针接近满偏转的量程。

这样可以防止电流过大而损坏电流表。

电 压  

河水之所以能够流动，是因为有水位差；电荷之所以能够流动，是因为有电位差。

电位差也就是电压。

电压是形成电流的原因，闭合回路中有电压才能产生电流。

在电路中，电压常用U表示。

电压的单位是伏（V），也常用毫伏（mV）或者微伏（uV）做单位。

1V=1000mV，1mV=1000uV。

   电压可以用电压表测量。

测量的时候，把电压表并联在电路上，要选择电压表指针接近满偏转的量程。

如果电路上的电压大小估计不出来，要先用大的量程，粗略测量后再用合适的量程。

这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。

电  阻    

电路中对电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗的部分叫做电阻。

电阻常用R表示。

电阻的单位是欧（Ω），也常用千欧（kΩ）或者兆欧（MΩ）做单位。

1kΩ=1000Ω,1MΩ=1000000Ω。

导体的电阻由导体的材料、横截面积和长度决定。

   电阻可以用万用表欧姆档测量。

测量的时候，要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。

如果电阻在电路中，要把电阻的一头烫开后再测量。

欧姆定律

导体中的电流I和导体两端的电压U成正比，和导体的电阻R成反比，即I=U/R

                         这个规律叫做欧姆定律。

如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个，就可以根据欧姆定律求出第三个量，即

             I=U/R，R＝U／I，U＝I×R

电 源

把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。

发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。

发电机、干电池等叫做电源。

通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。

能提供信号的电子设备叫做信号源。

晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。

晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。

整流电源、信号源有时也叫做电源。

负 载

把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。

电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能，扬声器能把电能转换成声能。

电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。

晶体三极管对于前面的信号源来说，也可以看作是负载。

电 路

电流流过的路叫做电路。

最简单的电路由电源、负载和导线、开关等元件组成。

电路处处连通叫做通路或者闭合回路。

只有通路，电路中才有电流通过。

电路某一处断开叫做断路或者开路。

电路某一部分的两端直接接通，使这部分的电压变成零，叫做短路。

电动势

电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。

电动势使电源两端产生电压。

在电路中，电动势常用δ表示。

电动势的单位和电压的单位相同，也是伏。

周 期

交流电完成一次完整的变化所需要的时间叫做周期，常用T表示。

周期的单位是秒（s）,也常用毫秒（ms）或微秒（us）做单位。

1s=1000ms，1s=1000000us。

频率

交流电在1s内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。

频率的单位是赫（Hz），也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）做单位。

1kHz=1000Hz，1MHz=1000000Hz。

交流电频率f是周期T的倒数，即

                 f  =1／T

电 容

电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。

在两个相互绝缘的导体上，加上一定的电压，它们就会储存一定的电量。

其中一个导体储存着正电荷，另一个导体储存着大小相等的负电荷。

加上的电压越大，储存的电量就越多。

储存的电量和加上的电压是成正比的，它们的比值叫做电容。

如果电压用U表示，电量用Q表示，电容用C表示，那么

                C＝Q／U

   电容的单位是法（F），也常用微法（uF）或者微微法（pF）做单位。

1F=106uF，1F=1012pF。

容 抗

交流电是能够通过电容的，但是电容对交流电仍然有阻碍作用。

电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。

电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率高，交流电也容易通过电容，说明频率高，电容的阻碍作用也小。

实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。

如果容抗用XC表示，电容用C表示，频率用f表示，那么

                          XC＝1／（2πfC）

   容抗的单位是欧。

知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。

电 感

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。

给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。

通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。

实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。

如果通过线圈的磁通量用φ表示，电流用I表示，电感用L表示，那么

                            L＝φ／I

电感的单位是亨（H），也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做单位。

1H=1000mH，1H=1000000uH。

感 抗

交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。

电感量大，交流电难以通过线圈，说明电感量大，电感的阻碍作用大；交流电的频率高，交流电也难以通过线圈，说明频率高，电感的阻碍作用也大。

实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。

如果感抗用XL表示，电感用L表示，频率用f表示，那么

                      XL＝2πfL

感抗的单位是欧。

知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。

阻 抗

具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。

阻抗常用Z表示。

阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。

阻抗的单位是欧。

相 位

相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。

交流电的大小和方向是随时间变化的。

比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2πft。

i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。

随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零.在三角函数中2πft相当于角度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是在增大还是在减小，是正的还是负的等等。

因此把2πft叫做相位，或者叫做相。

   如果t等于零的时候，i并不等于零，公式应该改成i=Isin（2πft+ψ）。

那么2πft+ψ叫做相位，ψ叫做初相位，或者叫做初相。

相位差

两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。

这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。

   例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差。

如果电路是纯电阻，那么交流电压和交流电流的相位差等于零。

也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压变到最大值的时候，交流电流也变到最大值。

这种情况叫做同相位，或者叫做同相。

如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流的相位差一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者电流超前于电压。

有功功率

又叫平均功率，交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特W。

视在功率

在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母Ps来表示，单位为伏安（千伏安）VA（KVA）。

无功功率

在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。

它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。

我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。

用字母Q表示，单位为千乏KVar.。

功率因数

在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。

但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。

有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSφ表示。

相电压

三相输电线（火线）与中性线（零线）间的电压叫相电压。

线电压

三相输电线各线（火线）间的电压叫线电压，线电压的大小为相电压的1.73倍。