初级电工培训教(学)案

1、电工基础知识第一节 电路的组成和基本物理量教学的重点：1 了解电路的组成2 了解电路的基本物理量的含 义及其计算教学的难点：电路状态在实际工作中的判定；电路各物理量的含 义及其计算应用。教学方法：讲授法、讨论法、启发式。一、电路电流经过的路径称 为电路，最简单的电路由电源、负荷导线和开关组成。电源是将其他 形式的能量 转换成电能的装置，负载是将电能转换成其他形式能量的 设备和器件，一般称 为用电器。连接导线起传输和分配电能的作用。电路可用原理接 线图来表示，如 图2 I所示。有时为了突出电路的本质和进一步简化，把图2 I所示原理接 线图画成常用的如 图2 2所示的样子。图2- J用原理接蛙图表

2、示电瞬去*2(*)甩电* W用喲电瓯裂示电潭；电路有外电路和内电路之分。从电源一端经负载再回到电源另一端的 电路称为外电路。 电源内部的通路称为内电路。电路通常有三种状态：1 .通路通路就是 电路中的开关 闭合，负荷中有电流流过。在通路状态下，根据 负荷的大小，又分为满负荷、轻负荷、过负荷三种情况。负荷在额定功率下的工作状 态叫满负荷；低于 额 定功率的工作状 态叫轻负荷；高于 额定功率的工作状 态叫过负荷。由于过负荷很容易 损坏 电器，所以一般情况下都不允 许出现过负荷。2 .短路如果电源或负荷的两端被 导线直接接通，此种状 态叫做短路。短路 时电路中的电流会 远远超过正常值，可能造成 电气

3、设备过热。甚至烧毁，严重时会引起火灾。同 时，过大的短 路电流将产生很大的电动力，也可能 损坏电气设备。3 .断路把电路中的开关断开或因 电路的某一部分 发生浙线，使电路不能闭合，此种状 态称为 断路。断路状态下电路中无电流，负荷不能运行。二、基本物理量(一) 电流与电流强度1.电流的概念当合上电源开关的 时候，灯泡会 发光，电动机会转动。这是因为灯泡和电动机中有 电 流通过的缘故。电流虽然用肉眼看不 见，但是可以通 过它的各种表 现（如灯亮、电机转动） 而被人所觉察。电流就是在一定的外加条件下（如接外 电源）导体中大量 电荷有规则的定向运 动。规 定以正电荷移动方向作为电流的正方向。如 图2

4、 3所示在AB导线中电子运动方向是由A 向B ,电流的方向则是由B向A。电淹方向$*电场方向图2-3 在电场力的作用下*自由电子的有规则的定向這动捲成了电流2.电流强度用每秒钟通过导休某一截面的电荷量的多少来衡量电流的强弱叫做电流强度（简称电流儿用符号f表示。如杲在卫秒钟内通过 导休横截面的电量是Q.则：t电流的单位是安培（A）t计算微小电流时也毫安（mA）或微安为单位，它们的关系是：JA= 10JmAimA= lOA电流很大时，以千安（kA）为单位。lkA = itfA（二）电压与电动势1 .电压如果想要知道蓄 电池是否有 电，可以用伏特表去量一量，也可以用 导线把小电珠接到 电池的两极之

5、间（如图2 4所示）。如果伏特表有指示或小 电珠发光我们就知道电池有电 压，也就是通常所说“有电”。ffl2-4用伏特表或彷电珠检验蓄电龍是否有电图2 5所示A和B表示负载两端，电流的方向由A流向B,负载灯泡发光，说明电流通过灯丝时产生热和光。为了表示2-5灯泡电谦图电流强度与做功的本 领，引入一物理量电压Uab :其中Q为由A端移动到B端的电荷电量，单位：库仑。A为电场力对电荷所做的功， 单位：焦尔。电压的单位是伏特（V）。计算微小电压时则用毫伏（mV ）或微伏（卩V）, 高电压时则用千伏（kV ）。lkV =JV = 103mV lmV = lOV电压的方向，规定为由高电位端指向低电位端，

6、即为电压降低的方向（如图2-6）.图2-6正电压图2 .电动势电动势是衡量电源转换本领的物理量。定义为：外力将 单位正电荷从电源负极经电源 内部移到正极所做的功，称 为该电源的电动势，用符号E表示，即：其中E为电源电动势，单位是伏特。A外力所做的功，单位为焦尔。q为外力分离电荷 电量，单位库仑。电动势和电压的单位虽相同，但二者概念有区别：2-7 电动第和错电压方向首先，物理意义不同。电压是衡量电场力作功大小的物理量，而 电动势则表示非电场 力作功本领的物理量。其次，两者的方向不同，电压是由高电位指向低 电位，是电位降低的方向。而电动势是由低电位指向高电位，是电位升高的方向。图2 7给出了电源的

7、几种画法及 电动势和端电压的方向。再 次，两者存在方式不同。 电压既存在电源内部也存在于 电源的外部，电动势仅 存在于电源 的内部。（三）导体、绝缘体与导体电阻1 导体能够传导电流的物体 导体。常用的导体是金属，如 银、铜。铝等。金属中存在着大量的 自由电子。当导体与电源接成闭合回路时，这些自由电子就会在 电场力的作用下朝一定方 向运动形成电流。2 绝缘体能够可靠地隔绝电流的物体叫做绝缘体。如橡胶、塑料、陶瓷、变压器油、空气等都是很 好的绝缘体。导体和绝缘体并没有 绝对的界限，在一般状 态下是很好的 绝缘体，当条件改 变时也可能变为导 体。例如干燥的木 头是很好的 绝缘体，但把木 头弄湿后，它

8、就 变得容易 导电了。3 电阻在导体两端加上 电压，导体中就会产生电流。从物体的微 观结一来说，电子的运动必 然要和导体中的分子或原子 发生碰撞，使 电子在导体中的运 动受到一定阻力， 导体对于电 流的阻碍作用，称为电阻。不同材料的 导体，对电流的阻碍作用也是不尽相同的。有的导体电阻很小，则表示它单位是欧导体的电ffi 2-8 几种常用的电阻元件（四）欧姆定律1 .部分电路欧姆定律图2 9是不含电源的部分 电路，当在 电阻R两端加上 电压U时，电路中有当电阻R不变，如果电压U发生变化，则流过电阻的电流也随着 变化。电流流过。流过导体的电流与这段导体两端的 电压成正比，与 这段图2亠乡部分电路的

9、导电能力好；有的 导体电阻很大，则表示三的 导电能力差。电阻用R表示, 姆，其符号 为“Q”。常用单位还有千欧（k Q）和兆欧（M Q）o1k Q = 1000 Q1 M Q=1000 k Q导体电阻的大小决定于 导体的长度、横截面积和自身的材料。在同一温度下, 阻与导体横截面积成反比，与 导体长度成正比。用公式表示 为:式中：P为电阻系数，L为导体长度，S为导体横截面积。导体的电阻成反比，称 为部分电路欧姆定律，其数学表达式为:1卫Elj上式可得U - IRR = 2 .全电路欧姆定律ffi 2 - 10全电踣全电路是指含有电源的闭合电路，如图2 10所 示。虚线框内Ro表示电源内电阻。当开

10、关S闭合后，电路中有电流流过，当电流流 过电源内部5 :，在内阻上产生了电压降Uo,这样电阻R两端的电压U就不等于电源电动 势，而应该等于电源电动势减去内部 电压降Uo，即U = E将m叭代人上式可得”E上式表明：在一个 闭合电路中，电流强度与电源电动势成正比，与 电路中内电阻和外电阻 之和成反比，这一定律称全 电路欧姆定律。（）电功电功率与热效应1*电功将电能转换成其他形式的能时，电流都要做功，电流所做的功 叫电功。抿据公式山及二令和欧姆定律可得电功a的数学式 为A = UQ = IUt或A = pRt二卑 rft电功的单位是焦尔（J）m2.电功率单位时间内电流所做的功叫电功率，用字母P表示

11、其表达 式为由部分电路欧姆定律可得常见功率的计算式=K电功率的单位是瓦特（琢人 在实际工作中，功率的常用单位 还有千瓦Gw）、毫瓦（m邨人它们之间的关系为lkW = 103W = 106mW电源的电功率等于电源的电动势和电流的乘积（如图2-11所示人凡=Ef负载功率等于负载两端电压和通过负载的电流乘积（如图 2- 11所示儿Pj = UI3.电流的热效应电流通过导体时产生的热量和电流值的平方、导体本身的 电阻值以及电流通过的时间 成正比。用公式表达就是：2Q=I 2Rt这个关系式又叫 愣次一一焦耳定律， 热量Q的单位是J。为了设备过度发热，根据绝缘 材料的允许温度，对于各种导线规定了不同截面下

12、的最大允许电流值，又称安全电流。 小结与思考题：1 .电路的组成及其状态特征2 .电路的基本物理量的含 义及其计算思考题见教材56页中复习题第二节串联与并联电路教学的重点：1 .了解简单电路的连接形式2. 了解串、并电路的特点及其计算教学的难点：简单电路的化简；串、并电路的特点及其计算。教学方法：讲授法、讨论法、启发式。直流电阻电路按复 杂程度不同，可以分 为简单直流电阻电路和复杂直流电阻电路。简 单直流电阻电路又可以分 为电阻串联电路和电阻并联电路。一电阻串联电路电阻串联电路有如下一些特点：(1 )电路的总电流等于流过各电阻的电流。（2 ）电路的总电压等于各 电阻两端 电压之和。（3 ）电路

13、的总等效电阻等于各 电阻之和。（4 ）电路中各 电阻两端的 电压与电阻的阻值成正比，即阻 值大的电阻，其两端的 电压也 大，阻值小的电阻，其两端的 电压也小，这种关系称为分压关系。（5）电路中各电阻消耗的功率与 电阻的阻值成正比。这表明阻值大的电阻消耗的功率多，阻值小的电阻消耗的功率少。（6）电路中消耗的 总功率等于各 电阻消耗的功率之和。二.电阻并联电路电阻并联电路有如下特点：（1）电路的总电流等于流过各电阻的分电流之和。（2）电路的总电压等于各 电阻两端的电压。（3）电路总电阻的倒数等于各 电阻倒数之和。（4）电路中流过各电阻的电流与电阻的阻值成反比，即阻 值大的电阻流过的电流小，阻 值小

14、的电阻流过的电流大，这种关系称 为分流关系。（5） 电路中各个 电阻消耗的功率与阻 值成反比，表明阻 值大的电阻消耗的功率少，阻 值 小的电阻消耗的功率多。（6）电路中消耗的总功率等于各 电阻消耗功率之和。三电阻混联电路既有电阻串联，又有电阻并联的电路，称为电阻混联电路。1. 混联电路分类电阻混联电路可分为两大类：（1）能用电阻串、并联的方法简化为无分支回路的 电路，称为简单直流电阻电路。(2) 不能用电阻串、并联的方法简化为无分支回路的，称 为复杂直流电阻电路。2. 电阻混联电路的简化简单直流电阻混联电路最终可以简化成无分支回路的 电路形式。常用的一种 简化电路的方法是先利用 电流的分、合关

15、系，把 电路转化为容易判断的串、 并联形式，然后再等效 变化为最简的无分支回路形式。小结与思考题：1 .简单电路的连接形式与简化2 .串、并电路的特点及其计算思考题见教材56页中复习题第三节交流电路教学的重点：1. 了解正弦交流电的基本概念及其三要素2 了解三相电路的特点与三相功率的计算方法教学的难点：正弦交流电的三要素与三相 电路联接的特点教学方法：讲授法、讨论法、启发式。交流电是指大小和方向都随 时间发生变化的电流或者电压。正弦交流电是生产生活中 使用最广泛的一种交流 电。一.正弦交流电的基本概念1.正弦交流电正弦交流 电是指大小和方向随时间按正弦 规律发生变化的电流或者电压。下图为正弦交

16、流电流i和正弦交流 电压v的波形图，它们反映了正弦交流 电随时间变化的规律。正弦交流电压和正弦交流 电流波形图2. 正弦交流电三要素一个正弦交流 电可以由三个物理量来描述，即振幅（Vm或Im ）、频率（3或f）及初相（仏），常称它 们为交流电的三个要素。1 ）正弦交流电的振幅正弦交流电的电压振幅用Vm表示，电流振幅用Im表示，它们是正弦交流 电在变化过 程中的电压最大值及电流最大值。正弦交流电压的有效值用V表示；正弦交流 电流的有效 值用I表示，它们与最大值的关系为:2）正弦交流电的频率正弦交流电每变化一次所经历的时间，称为正弦交流 电的周期，用T表示，单位为秒（s）。正弦交流电在一秒钟内变化

17、的次数，称为正弦交流电的频率，用f表示，单位为赫兹（Hz）。周期和频率都是表示交流 电变化快慢程度的物理量，它 们互成倒数关系，即：11T或 ffT除了周期和频率之外，还有一个表示正弦交流电变化快慢程度的物理量，称为角频率，用3表示，单位为弧度每秒（rad/s ），它与 频率的关系为：-2 f3）正弦交流电的初相正弦交流电函数表达式中的0。就是正弦交流 电的初相，其 单位为弧度（rad ）或者度。3. 正弦交流电的表示方法正弦交流电有三种常用的表示方法：1）解析式（函数式）表示法2）波形图表示法3）相量图表示法二. 三相正弦交流电的特点（1）各相正弦交流 电的频率都相同；（2）各相正弦交流 电

18、的最大值都相同；（3）各相正弦交流 电的相位互差120 ?，它们的解析式分别 为：eu 二 EmSin，teV 二 Emsin，t -120師=Emsi n t 120（4）任何时刻各相正弦交流 电的和为零，即：eu eV eW - 0三. 三相正弦交流 电的联接1.电源的联接方式及特点三相发电机三个绕组的末端联接在一起，称 为中点或零点，用 N表示。三个绕组的始 端U、V、W分别向外 输出三相正弦交流 电动势。电源的这种联接方式，称 为星形联接。三相电源作星形 联接向外 传输正弦交流 电时，有两种不同的 传输方式：三相四 线制、 三相三线制。火线三相四线制三相三线制在三相四 线制中，火 线与

19、零线之间的电压，称为电源相电压。火线与火线之间的电 压，称为电源线电压。实际低压线路中，电源相电压的有效值为220V，电源线电压的有效 值为380V，即电源线电压的有效值为电源相电压的有效值的、.3倍。2.负载的联接方式及特点三相电源在给负载供电时，负载有星形联接和三角形 联接两种方式。在负载的星形联接方式中，负载相电压等于电源相电压。在星形联接中，三相 负载对称时，中线电流为零，即中线上没有电流。值得注意的是，当三相 负载不对称时，中线电流不为零，中线不可以省去，否 则会烧 毁电源或负载。在负载的三角形 联接方式中，负载的相电压和电源线电压相等。四三相功率三相电源在给负载供电时，负载不论是星

20、形联接或是三角形 联接它所消耗的 总的有功功率必定等于各相有功功率之和，即P = Pa 巳 Pc小结与思考题：1 正弦交流电的基本概念及其三要素2 .三相电路的特点与三相功率的计算方法 思考题见教材56页中复习题第四节电磁感应 教学的重点：1 了解磁 场及其基本物理量的含 义2 .了解电磁感应和电感和自感、互感现象教学的难点：法拉第电磁感应定律与楞次定律的含 义与应用 教学方法：讲授法、讨论法、启发式。一.磁场及其基本物理量（一）磁场和磁力线磁场可以用磁力线形象地描述它的大小和方向。（二）电流的磁场自然界中除磁 铁能产生磁场外，电流也能产生磁场，这种现象称为电流磁效应。直导线中的电流产生的磁场

21、的方向可以用安培定 则来判定：用右手握住直 导线，大拇 指伸直指向电流方向，四指所指方向就是磁 场方向。环形导线中的电流产生的磁 场方向也可以用安培定 则来判定：用右手握住 环形导线， 四指指向电流方向，大拇指伸直所指的方向就是磁场方向。（三）磁场的基本物理量1. 磁感应强度磁感应强度是衡量磁场大小和方向的物理量，用B表示，单位为特斯拉（T），简称特。大小和方向都相同的磁 场称为匀强磁场。2. 磁通假设在一个匀强磁 场中有一个与磁 场方向垂直的平面，磁 场的磁感应强度为B ,平面 的面积为S，那么磁感 应强度与面 积的乘积，称为穿过这个面的磁通，用 表示，即：二BS磁通的方向和产生它的磁场方向

22、相同。（四）磁场对电流的作用力磁场对处在其中的 电流能产生力的作用。在一个磁感 应强度为B的匀强磁 场中，有一 段长度为I，并有电流I流过的导体，设导体与磁场方向的夹角为0,这段导体会受到磁场 对它的一个作用力 F,且：F 二 Bllsinr二.电磁感应（一）电磁感应现象穿过闭合回路的磁通 发生变化，闭合回路中就会 产生电流，如果回路开路，就会在开 路的两端之 间产生电动势，这种现象称为电磁感应现象，在 电磁感应现象中产生的电流称 为感生电流，产生的电动势称为感生电动势。（二）感生电流的方向感生电流的方向可以用楞次定律来判定。楞次定律的内容为：感生电流的方向，总是使感生电流产生的磁场阻碍引起感

23、生电流的磁通的变化。导体切割磁力 线时产生的感生 电流的方向， 还可以用右手定 则来判定：展平右手手 掌，四指并 拢，大拇指与四指垂直，然后 让磁力线穿过掌心，大拇指指向 导体运动方向， 四指所指就是感生 电流的方向。（三）法拉第电磁感应定律与楞次定律回路中感生电动势的大小与穿过回路的磁通的 变化率成正比，即磁通 变化越快，回路 产生的感生 电动势就越大；磁通 变化越慢，回路 产生的感生 电动势就越小。这种规律称为 法拉第电磁感应定律，它的表达式 为：心E = N t（四）自感和互感现象1.自感现象由于线圈自身的电流变化而产生的电磁感应现象，称为自感现象。自感现象中产生的感生电动势称为自感电动

24、势，它总是阻碍电路中原电流的变化。电感表示了线圈通过单位电流时产生的自感磁 链，即：L =I常用的电感单位及它们之间的换算关系如下：3361H = 10 mH （毫亨），1mH = 10 卩 H （微亨），1H = 10 叮由法拉第电磁感应定律可以证明，线圈在自感 现象中产生的自感 电动势E的大小与 线圈电流的变化率（厶1/At）、线圈的电感L成正比，即：心IE = L -At2.互感现象互感磁链在线圈中也会 产生电磁感应现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感生电动势，称为互感电动势。线圈在产生互感时，各线圈的某一端的感生 电动势的极性总是相同的，这些极性相同的端子称为同名端。在电路图中，用

25、 “”来示记互感线圈的同名端。（五）涡流效应绕在铁心上的线圈通入交流 电流时，铁心内部就会 产生很大的感生 电流，称为涡流，这种现象称为涡流效应。由于涡流效应产生的感生 电流很大，把大量的 电能转化成了热能，一般情况下，这是一种电能的损耗，称为涡流损耗。为了减少损耗，一方面可以把 铁心沿平行磁 场的方向切割成很多的薄片，并使它们彼此绝缘；另一方面，可以采用 电阻率大的金属材料作 铁心（如硅钢等）。小结与思考题：1 .磁场及其基本物理量的含义2 .电磁感应和电感和自感、互感现象思考题见教材56页中复习题第五节电子技术常识教学的重点：1 了解半导体构成PN结的特性2 .了解二极管与三极管的 结构、

26、伏安特性、主要参数、测试及其应用 教学的难点：二极管与三极管的伏安特性及其在电路中的作用和 应用。教学方法：讲授法、讨论法、启发式。1.1.1导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易 导电的物质称为导体，金属一般都是 导体，如铁、铜、铝等。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等半导体的导电机理不同于其它物质，其特点 为：当受外界 热和光的作用 时，它的导电能力明显变化。？往纯净半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显改变。1.1.2本征半导体本征半导体：元全纯净的、

27、结构元整的半 导体晶体。用的最多的半 导体是硅和锗，最外层电子（价电子）都是四个。形成共价 键后，每个原子最外 层电子是八个，构成 稳定结构。在绝对零度以下，本征半 导体中无活 跃载流子，不导电1.1.3 杂质半导体N型半导体：在硅或 锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或 锑）而形成。也称 为（电子半导体）。P型半导体：在硅或 锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟）而形 成，也称 为（空穴半 导体）。杂质型半导体多子和少子的移 动都能形成 电流。由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似 认为多子与杂质浓度相等。 9 9*0 0*Q- 99Q* 9QQQOOQ曲切0OQQOQOQeo$QOOOQQC0 *0+QQGQQO0 0 O*令N型半导体自由电子为多子尸型半导体空穴是多子1.2 PN 结1.2.1 PN结的形成与特性一、PN结的形成1什么叫PN结？在N型半导体和P型半导体交界面 处形成的带电薄层。又称空间电荷区、阻挡层、势垒区。2. PN结的形成过程是电子和空穴不断运 动的综合结果。多子扩散建立内电场（空间电荷区）阻扩散生漂移（少子）动态平衡扩散数=漂移数 |空间电荷区宽度一定PN结形成了二、PN结的基本特性单向导电性和电容效应1