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1 前 言 为了更好地适应全国中等职业技术学校电子类专业的教学要求 ꎬ 全面提升教学质量 ꎬ 人力资源社会保障部教材办公室组织有关学校的骨干教师和行业 企业专家 ꎬ 对全国中等职业技术学校电子类专业教材进行了修订和补充开发 ꎮ 此项工作以人力资源社会保障部颁布的 «技工院校电子类通用专业课教学大纲 (2016)» «技工院校电子技术应用专业教学计划和教学大纲 (2016)» «技工院校音像电子设备应用与维修专业教学计划和教学大纲 (2016)» «技工院校通信终端设备制造与维修专业教学计划和教学大纲 (2016)» 为依据 ꎬ 充分调研了企业生产和学校教学情况 ꎬ 广泛听取了教师对现行教材使用情况的反馈意见 ꎬ 吸收和借鉴了各地职业技术院校教学改革的成功经验 ꎮ 教材体系 使用对象 电子技术应用专业 音像电子设备应用与维修专业 通信终端设备制造与维修专业中 级 高级两个层次和以下 3 种学制 : 1

2 电工基础 ( 第四版 ) 初中毕业生 3 年学制培养中级工 高中毕业生 3 年学制培养高级工 ( 中级阶段 ) 初中毕业生 5 年学制培养高级工 ( 中级阶段 ) 编写特色 紧贴国家职业标准紧密贴合 «中华人民共和国职业分类大典 (2015 年版 )» 中对广电和通信设备电子装接工 广电和通信设备调试工 家用电器产品维修工 家用电子产品维修工等职业的职业能力要求 ꎬ 同时参照相关国家职业标准 ꎮ 体现行业技术发展根据电子行业的最新发展 ꎬ 在教材中充实了电子产品表面贴装 数字电视维修 智能手机维修等方面的新技术 ꎬ 体现教材的先进性 ꎮ 注重职业能力培养根据就业岗位对技能型人才所需能力的要求 ꎬ 进一步加强实践性教学内容 ꎮ 同时 ꎬ 在教材中突出对学生获取信息 与人交流 分析解决问题以及自学等职业能力的培养 ꎮ 符合学生阅读习惯在教材内容的呈现形式上 ꎬ 尽可能使用图片 实物照片和表格等形式将知识点生动地展示出来 ꎬ 力求让学生更直观地理解和掌握所学内容 ꎮ 教学服务本套教材配有方便教师上课使用的电子课件 ꎬ 部分教材还配有习题册 ꎬ 电子课件等教学资源可通过职业教育教学资源和数字学习中心 ( http: / / zyjy. class. com. cn) 下载 ꎮ 此外 ꎬ 针对教材中的重点 难点还制作了动画 视频等多媒体素材 ꎬ 使用移动终端扫描书中相应位置处的二维码即可在线观看 ꎮ 致谢本次教材的修订工作得到了江苏 山东 河南 湖北 广东 广西 四川等省 ( 自治区 ) 人力资源社会保障厅及有关学校的大力支持 ꎬ 在此我们表示诚挚的谢意 ꎮ 人力资源社会保障部教材办公室 2017 年 6 月 2

3 目 录 第一章电路基础 电路的基本知识 电路中的基本物理量 电阻与电阻定律 16 实验与实训 1 万用表的使用 电功与电功率 27 本章小结 33 思考与练习 34 第二章简单直流电路 欧姆定律 36 实验与实训 2 电源外特性的测试 电阻的串联 电阻的并联 电阻的混联 电路中电位和电压的计算 1 54 实验与实训 3 电位与电压的测量 58 本章小结 59 思考与练习 61 第三章复杂直流电路 基尔霍夫定律 65 实验与实训 4 验证基尔霍夫定律 支路电流法 电压源 电流源及其等效变换 戴维南定理 直流电桥电路 80 本章小结 83 思考与练习 84 1 标记星号 ( ) 的章节可作为选学内容 ꎮ Ⅰ

4 电工基础 ( 第四版 ) 第四章电容器 电容器与电容量 电容器的分类和选用 电容器的连接 电容器在电路中的作用 RC 电路的过渡过程 103 本章小结 107 思考与练习 108 第五章磁场与电磁感应 磁场的基本知识 磁场对电流的作用 铁磁材料 磁路欧姆定律 电磁感应 自感 互感 变压器 147 本章小结 152 思考与练习 154 第六章单相正弦交流电路 正弦交流电的基本概念 158 实验与实训 5 常用电子仪器的使用 正弦交流电的表示方法 纯电阻正弦交流电路 纯电感正弦交流电路 纯电容正弦交流电路 电阻 电感 电容串联的正弦交流电路 电阻 电感 电容并联的正弦交流电路 188 实验与实训 6 单相交流电路的测量 191 实验与实训 7 观察串联谐振与并联谐振现象 192 本章小结 194 思考与练习 195 第七章三相正弦交流电路 三相交流电源 198 Ⅱ

5 目录 7 2 三相负载的接法 203 本章小结 208 思考与练习 209 第八章非正弦交流电路 非正弦交流电概述 周期性非正弦交流电路的计算分析 滤波器 218 本章小结 222 思考与练习 223 Ⅲ

6

7 第一章 电路基础 任何复杂的电子设备 ( 如收音机 电视机 稳压器等 ) 都是由各种各样的电路有机地组合在一起的 ꎬ 从而实现特定的功能 ꎮ 例如 ꎬ 收音机 电视机等大多数电子设备中的放大电路需要的都是较低电压的直流电 ꎬ 而目前发电厂供给的却是电压较高的正弦交流电 ꎬ 这就需要一个专门的电子设备 直流稳压电源来完成这个转换任务 ꎮ 直流稳压电源通常是由电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路等组成的 ꎬ 它能够将发电厂供给的较高的正弦交流电压转变成需要的较低的直流电压 ꎮ 直流稳压电源的电路图和方框图如图 1 1 所示 ꎮ 图 1 1 直流稳压电源的电路图和方框图 1

8 电工基础 ( 第四版) 基于以后学习电子专业课的需要ꎬ 包括以后学习直流稳压电源如何将正弦交流电转换 成直流电的原理ꎬ 首先就要求学习好有关电路的基础知识ꎮ 本章将重点介绍什么叫电路ꎬ 电路一般由哪几部分组成ꎬ 电路中的基本物理量ꎬ 电阻与电阻定律ꎬ 电功与电功率以及万 用表的使用方法等知识ꎮ 1 1 电路的基本知识 1. 掌握电路的基本组成及各部分的作用ꎮ 2. 能识别电路图中常用电气元件的文字和图形符号ꎮ 3. 熟悉简单电路图和方框图的画法和作用ꎮ 一 电路 电流流通的路径称为电路ꎮ 如图 1 2 所示就是一个最基本 最简单的电路ꎬ 它是由 电源 负载 开关和连接导线组成的简单照明电路ꎮ 图 1 2 电路和电路图 a) 实物接线图 b) 电路原理图 电路一般由电源 负载 控制装置和连接导线四部分组成ꎮ 电源 电源是产生电能的装置ꎬ 它的作用是把其他形式的能转换成电能ꎬ 如发电机 蓄电池 干电池等都是电源ꎮ 图 1 2 中的电源就是一节干电池ꎮ 负载 负载是消耗电能的装置ꎬ 它的作用是把电能转换成其他形式的能ꎬ 所以负载又 称为用电器ꎬ 如电灯 电烙铁 电视机 电动机等都属于负载ꎮ 图 1 2 中的负载是一个 小灯泡ꎬ 它可以把电能转换成光能ꎮ 2

9 第一章 控制装置 电路基础 控制装置在电路中起接通或断开电路的作用ꎮ 常见的控制装置有各种开 关 继电器 接触器等ꎮ 连接导线 连接导线起连接电路的作用ꎬ 通过导线可以把电源 负载和控制装置连接 起来ꎬ 组成一个完整的电路ꎮ 实际中ꎬ 电路的主要作用是进行能量的传输 分配 转换和处理ꎮ 例如ꎬ 供电线路可 以通过连接导线把发电厂发出的电能传输到各个用电设备 ( 负载) ꎬ 再由负载转换成各种 不同形式的能ꎬ 如电子设备中的扬声器把电能转换成声能ꎬ 电视机把电能转换成光能和声 能ꎬ 电烙铁把电能转换成热能ꎬ 电动机把电能转换成机械能等ꎮ 另外ꎬ 电路还可以实现信 息的传递和处理ꎬ 如计算机就可以通过电路将各种信息进行计算 储存和显示ꎮ 二 电路图 电路可以用电路图来表示ꎮ 为了画图方便ꎬ 通常采用一些国家统一规定的图形符号来 画出电路图ꎮ 例如ꎬ 图 1 2b 即为图 1 2a 所示实物接线图对应的电路图ꎮ 实际中ꎬ 大多 是通过电路图来分析和计算电路的ꎮ 表 1 1 所示为电路图中常用电气元件的图形符号 文字符号及典型外形ꎮ 表 1 1 名称 常用电气元件的图形符号 文字符号及典型外形 图形符号 文字 符号 典型外形 名称 图形符号 文字 符号 开关 S 熔断器 FU 电池 GB 指示 HL 电阻器 R 电流表 灯泡 A 典型外形 PA 3

10 电工基础 ( 第四版) 续表 名称 图形符号 文字 符号 典型外形 名称 图形符号 V 电位器 RP 电压表 电容器 C 扬声器 电感器ꎬ L 连接 L 不连接 二极管 VD 接地 三极管 VT 接机壳 线圈 铁芯 线圈 文字 符号 典型外形 PV B 导线 导线 表 1 1 给出了常用电气元件的图形符号ꎬ 实际中还会遇到更多新的电气元件ꎬ 其图 形符号一般可通过查阅国家标准 GB / T 4728 «电气简图用图形符号» 获得ꎮ 想一想ꎬ 你以 前还接触过哪些电气元件ꎬ 试查阅标准画出其图形符号ꎮ 4

11 第一章 电路基础 三 方框图 实际中ꎬ 对于一些简单的电路ꎬ 常用电路图来表示ꎮ 但是对于一些复杂的电路ꎬ 为了 讨论方便ꎬ 往往使用方框图的形式来表示ꎮ 方框图也叫原理方块图ꎬ 是一种用方框和连线 来表示电路工作原理和构成概况的电路图ꎬ 它也属于原理图的一种ꎮ 原理电路图详细地绘 制了电路的全部元器件及它们的连接方式ꎬ 而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几 个部分ꎬ 并将每一个部分描绘成一个方框ꎬ 在方框中标注该部分电路的名称和作用ꎬ 然后 在方框之间用连线来说明各方框之间的关系ꎬ 这对于研究分析较复杂的电路十分重要且非 常方便ꎮ 如常用的扩音机电路图非常复杂ꎬ 但若用方框图来表示却很简单ꎬ 如图 1 3 所 示ꎮ 方框图中传声器 ( 话筒) 的作用是把声音转换成微小的电压信号ꎬ 由于该信号非常 微弱ꎬ 不能直接送到电压放大器进行放大ꎬ 因此要先经过一个前置放大器放大后再送到电 压放大器做进一步的放大ꎬ 最后经功率放大器放大后变成电功率信号去推动扬声器ꎬ 扬声 器再把电功率信号转换成声波传播出去ꎮ 图 1 3 扩音机工作示意图及其方框图 a) 示意图 b) 方框图 图 1 3 所示方框图中ꎬ 扩音机驱动的负载是扬声器ꎬ 它能够将电功率信号转换成声 波传播出去ꎬ 试查阅相关资料或上网搜集常见扬声器的种类ꎮ 其中电动式扬声器是如何将 电信号转换成声音的呢? 5

12 电工基础 ( 第四版) 1 2 电路中的基本物理量 1. 掌握电流的形成 电流大小和方向的规定ꎬ 能正确测量电流ꎮ 2. 掌握电流密度的定义及在实际中的应用ꎮ 3. 了解稳恒电流 脉动电流和交流电流的特点ꎮ 4. 掌握电压和电位的定义及在实际中的应用ꎬ 能正确测量电压和电位ꎮ 5. 掌握电动势的定义及在电路中的作用ꎮ 为了让使用者能正确使用电子设备ꎬ 一般都在其显著位置上标注有关的电路参数供使 用者参考ꎮ 如图 1 4 所示为一台计算机所用的电源适配器ꎬ 它的作用是将 220 V 的市电 转换为液晶显示器所需要的直流电ꎮ 它的上面标有 输入: AC 100 ~ 240 Vꎬ 1 5 Aꎮ 输 出: DC 12 Vꎬ 4 2 A 字样ꎮ 图 1 4 电源适配器 一 电流和电流密度 1. 电流 电荷有规则的定向运动称为电流ꎬ 电流是一种客观存在的物理现象ꎮ (1) 电流的方向 在金属导体中ꎬ 电流实质上是电子在外电场作用下有规则运动形成的ꎻ 在某些液体和 气体中ꎬ 电流是由正离子和负离子在外电场作用下有规则运动所共同形成的ꎮ 可见ꎬ 在不 6

13 第一章 电路基础 同的导体中ꎬ 形成电流的运动电荷是不同的ꎬ 如图 1 5 所示ꎮ 为统一起见ꎬ 规定以正电 荷运动方向为电流的正方向ꎮ 所以在金属导体中ꎬ 电子有规则定向运动的方向与电流的正 方向相反ꎮ 图 1 5 电流的形成 a) 金属导体中的电流 b) 液体中的电流 在分析计算较复杂电路时ꎬ 往往需要确定电流的方向ꎬ 但实际应用中有时又难以判断 某段电路中电流的方向ꎮ 此时ꎬ 可先任意假定电流的参考方向 ( 也称正方向) ꎬ 然后根据 电流的参考方向列出方程求解ꎮ 如果解得的电流为正值 ( I > 0) ꎬ 表明电流的实际方向与 假设的参考方向相同ꎬ 如图 1 6a 所示ꎻ 如果解得的电流为负值 ( I < 0) ꎬ 表明电流的实 际方向与参考方向相反ꎬ 如图 1 6b 所示ꎮ 图 1 6 电流方向的确定 a) I >0 [ 例 1 1] b) I <0 在图 1 6 所示电路中ꎬ 电流的参考方向如图中所定ꎬ 已知图 a 中 I 2 Aꎬ 图 b 中 I 4 Aꎬ 请指出电流的实际方向ꎮ 解: 在图 a 中ꎬ I 2 A > 0ꎬ 所以其实际方向与参考方向相同ꎬ 即电流 I 的实际方向为 从 A 流向 Bꎮ 在图 b 中ꎬ I 4 A < 0ꎬ 所以其实际方向与参考方向相反ꎬ 即电流 I 的实际方向为 7

14 电工基础 ( 第四版) 从 B 流向 Aꎮ (2) 电流的大小 电流的大小定义为: 在单位时间内通过导体横截面电荷量的多少ꎮ 如果在 t 秒时间内 通过导体横截面的电荷量为 Q 库仑ꎬ 则电流 I 的大小为 I Q t 式中ꎬ 电流 I 的单位是安培 ( A) ꎮ 除安培外ꎬ 常用的电流单位还有千安 ( ka) 毫 安 ( ma) 和微安 ( μa) ꎮ 它们之间的换算关系是 1 千安 ( ka) 1 000 安 ( A) 1 安 ( A) 1 000 毫安 ( ma) 1 毫安 ( ma) 1 000 微安 ( μa) 实际中ꎬ 电路中电流的大小可以通过电流表进行测量ꎬ 图 1 7 所示为实验室常用的 几种直流电流表ꎮ 图 1 7 常用直流电流表 a) 便携式 b) 安装式 用直流电流表测量电流的电路如图 1 8 所示ꎮ 测量时需注意以下几点: 图 1 8 直流电流的测量 a) 实物图 8 b) 原理图

15 第一章 电路基础 1) 测量交 直流电流时应分别选用交流电流表和直流电流表 ꎬ 不能混用 ꎮ 2) 电流表必须串联接在被测量电路中 ꎮ 3) 使用直流电流表 ꎬ 应使电流从 + 接线端流入电流表 ꎬ 从 - 接线端流出电流表 ꎬ 否则电流表指针将反转甚至损坏 ꎮ 4) 根据被测电流的大小 ꎬ 正确选择合适的电流量程 ꎮ 即要尽量使电流表指针处在满刻度量程的一半以上 ꎬ 此时读取的读数较准确 ꎬ 否则会出现较大的测量误差 ꎮ 若无法估计被测电流大小 ꎬ 应先用电流表的最大量程进行测量 ꎬ 然后根据指针的偏转情况逐步减小电流表的量程 ꎮ (3) 电流的分类根据电流的大小和方向是否变化 ꎬ 可把电流分为直流电和交流电两大类 ꎬ 见表 1 2ꎮ 表 1 2 电流的分类 电流分类符号特征波形 稳恒 直流电 电流的大小和方向都不随 时间变化 直流电 DC 脉动 直流电 电流的方向不变 ꎬ 大小随 时间变化 正弦 交流电 电流的大小和方向都随时 间按正弦规律变化 交流电 AC 非正弦 交流电 电流的大小和方向都随时 间按非正弦规律变化 9

16 电工基础 ( 第四版) 2. 电流密度 实际工作中ꎬ 经常会遇到如何选择导线粗细 ( 横截面) 的问题ꎬ 这就涉及电流密度 的概念ꎮ 如图 1 9 所示ꎬ 当电流 I 在导体的截面上均匀分布时ꎬ 该电流与导体横截面积 S 的比值ꎬ 称为电流密度ꎬ 用字母 J 表示ꎬ 其数学表达式为 J I S 上式中ꎬ 电流的单位为 Aꎬ 横截面积的单位为 mm2 ꎬ 电流密度的单位是 A / mm2 ꎮ 显然ꎬ 图 1 9a 所示导线中的电流密度大于图 1 9b 所示导线中的电流密度ꎮ 图 1 9 a) 电流密度大 电流密度 b) 电流密度小 选择合适的导线横截面积ꎬ 就是要使导线的电流密度在允许的范围内ꎬ 以保证用电的 安全ꎮ 导线允许的电流密度不仅与导线的材料和横截面积的大小有关ꎬ 还与工作环境和安 装方式等有关ꎮ 在不考虑工作环境和安装方式的情况下ꎬ 1 mm2 的铜导线允许通过 6 A 的 电流ꎬ 2 5 mm2 的铜导线允许通过 15 A 的电流 ( J 取 6 A / mm2 ) ꎻ 而 120 mm2 的铜导线只 允许通过 280 A 的电流 ( 这里 J 取 2 3 A / mm2 ) ꎮ 当导线中的电流超过允许电流值时ꎬ 导 线会发热ꎬ 时间一长很容易引起电气火灾事故ꎬ 因此实际工作中必须根据要求选择合适材 料和线径的导线ꎮ 试查阅相关书籍或上网查询ꎬ 生活中常用导线的类型有哪些ꎬ 其额定电 流与线径分别是多少ꎮ [ 例 1 2] 某单位欲安装一台立式空调ꎬ 已知其额定电流为 15 Aꎬ 应选择多粗的铜 导线? ( 取铜导线的允许电流密度为 6 A / mm2 ) 解: S I 15 2 5 ( mm2 ) ꎮ J 6 二 电压与电位 1. 电压 电压是衡量电场力做功本领大小的物理量ꎮ 前面已知ꎬ 电流实际上是电荷在电场力作 用下的定向运动所形成的ꎬ 显然ꎬ 在这个过程中ꎬ 电场力对电荷做了功ꎬ 如图 1 10 所 示ꎮ 10

17 第一章 图 1 10 电路基础 电场力做功 一般定义: 电场力将单位正电荷从 A 点移动到 B 点所做的功称为 AB 两点之间的电 压ꎬ 用符号 U AB 表示ꎮ 若电场力将 1 库仑的电荷从电场中的 A 点移动到 B 点ꎬ 所做的功是 1 焦耳ꎬ 则 AB 间的电压就是 1 伏特ꎬ 简称伏ꎬ 用字母 V 表示ꎮ 常用的电压单位除了伏以 外ꎬ 还有千伏 ( kv) 毫伏 ( mv) 和微伏 ( μv) ꎮ 它们之间的换算关系是 1 千伏 ( kv) 1 000 伏 ( V) 1 伏 ( V) 1 000 毫伏 ( mv) 1 毫伏 ( mv) 1 000 微伏 ( μv) 实际中ꎬ 电路中电压的大小可以通过电压表进行测量ꎬ 图 1 11 所示为实验室常用的 几种直流电压表ꎮ 图 1 11 常用直流电压表 a) 便携式 b) 安装式 用直流电压表测量电压的电路如图 1 12 所示ꎮ 测量时需注意以下几点: (1) 测量交 直流电压时应分别选用交流电压表和直流电压表ꎬ 也可使用万用表的 交流电压挡和直流电压挡进行测量ꎮ (2) 电压表必须并联接在被测电路的两端ꎮ (3) 使用直流电压表ꎬ 应使电压表的 接线端接高电位端ꎬ 接线端接低 电位端ꎮ 如果接错ꎬ 轻者会使电压表指针反转ꎬ 重者会损坏电压表ꎮ (4) 根据被测电压的大小ꎬ 正确选择合适的电压量程ꎮ 即要尽量使电压表指针处在 11

18 电工基础 ( 第四版) 满刻度量程的一半以上ꎮ 若无法估计被测电压大小ꎬ 应先用电压表的最大量程进行测量ꎬ 然后根据指针的偏转情况逐步减小电压表的量程至合适量程ꎮ 图 1 12 直流电压的测量 a) 实物图 b) 原理图 电压不但有大小ꎬ 还有方向ꎬ 即有正负ꎮ 对于负载来说ꎬ 规定电流流进端为电压的 端ꎬ 电流流出端为电压的 端ꎮ 电压的方向由 指向 ꎬ 也就是说负 载中电压的实际方向与电流方向一致ꎮ 显然ꎬ 对于负载来讲ꎬ 没有电流就没有电压ꎬ 有电压就一定有电流ꎮ 电阻两端的电压 常称为电压降ꎮ 2. 电位 在电子技术中ꎬ 经常用到电位的概念ꎮ 电位是一个相对量ꎬ 如果在电路中任选一个参 考点ꎬ 并令它的电位为零ꎬ 则电路中某一点的电位就等于该点到参考点之间的电压ꎮ 可 见ꎬ 电位实际上也是电压ꎬ 只不过是对参考点之间的电压ꎮ 所以ꎬ 电位的单位也是伏ꎮ 理论上参考点可以任意选取ꎬ 而实际上在电力电路中通常都选大地为参考点ꎬ 即零电 位点ꎬ 用符号 表示ꎻ 在电子电路中通常选多条支路汇合的公共点或者金属底板 机壳等作为参考点ꎬ 用符号 考点的电位为负值ꎮ 表示ꎮ 并且规定: 高于参考点的电位为正值ꎬ 低于参 电路中任意两点间的电位之差称为这两点的电位差ꎬ 也就是电压ꎬ 因此电压也称为电 位差ꎮ 电位差与参考点的选择无关ꎬ 如图 1 10 所示ꎬ 不管是选 A 点为参考点ꎬ 还是选 B 点为参考点ꎬ A B 之间的电压是不会随参考点的改变而改变的ꎮ 如果电路中的两点电位相同ꎬ 则这两点之间就不会有电流通过ꎬ 这两点称为等电位 点ꎮ 电路中的等电位点完全可以连接成一个点ꎮ 实际中ꎬ 当电路的元件数目较多时ꎬ 把所有两点间的电压都表示出来是很烦琐的ꎬ 如 12

器之 间 向一致时为正 相反时则为负 ③大量电荷的定向移动形成电 流 单个电荷的定向移动同样形成电流 3 电势与电势差 1 陈述概念 电场中某点处 电荷的电势能 E p 与电荷量 q Ep 的比值叫做该点处的电势 表达式为 V 电场中两点之间的 q 电势之差叫做电势差 表达式为 UAB V A VB 2 理解概念 电势差是电场中任意两点之间的电势之差 与参考点的选择无关 电势是反映电场能的性质的物理量

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