空调电器系统检修必备基础知识

空调电器系统检修必备基础知识

第一节电工基础

一、电压与电源

我们分析电路时，应该懂得什么是电压，什么是交流电压、直流电压、控制

电压。

什么叫电压呢?我们先用水来打一个比方，水总是从高水位的地方向低水位

的地方流去，这两个不同的水位之差就叫水位差。同理，电流也是从高电位处流

向低g位处，这两个电位之差就是电位差。通常我们把它叫做电压，用字母U

来表示。

电压的单位为伏特，简称伏，其符号为V。例如照明电压一般是220V,而

车间安全照明灯的电压一般为36V或24V,电子管灯丝电压为6.3V,手电筒电

压为2.5V~3V等等。在电子线路中，有时因单位伏特（V）太大，因而常采用

毫伏（mV）和微伏（gV）来表示。

1V=1OOOmV=1000OOOgV

1mV=1000gV

我们知道，有水位差，水才能在水管里流动；同样，有电位差，电流才能在

导线里流动。一个电源能够使电流持续不断地沿导线流动，就是因为它能使导线

两端产生和维持一定的电位差。所以我们可以给电源作如下定义：电源是提供电

位差的装置。它的这种能力称为电源的电动势，常用字母E来表示，其单位也

是伏。

二、变压器

如果在一个闭合的口字形铁芯两对应边上，各绕上一组线圈，便构成一个简

单的变压器。如果将其中的一个线圈接交流电源，另一线圈接负载，那么接交流

电源的线圈称为初级线圈，接负载的线圈称为次级线圈。初级线圈通过变化的电

流，在次级线圈就会产生出感应电势。感应电势的大小与初、次级线圈圈数多少

有关，如果变压器次级线圈的圈数（称为匝数）少于初级，则为降压变压器，如果

次级匝数多于初级，则为升压变压器。用公式表示为：

初级电压（Ul）_初级匝数

次级电压（U2）一次级匝数

例如：若有一变压器接在220V交流电源上，次级电压为110V,问初、次

级匝数比为多少？

义=4=些=2

nU2110

这就是说，初、次级匝数比为2。

最后还需指出，任何一个变压器只能把电能由初级转移到次级，使电压升高

或降低，但不能增大电力，假如不考虑变压器的损耗，初、次级的电能也只能相

等。变压器只能变换交流电压。

变压器按其频率分为低频、中频和高频三类。低频变压器都有铁芯，中频和

高频变压器一般是空气芯，或用特制的铁粉芯，如收音机中的中周和高频振荡线

圈等等。

三、电感

1.互感：两个线圈之间的电磁感应，叫做互感，由互感产生的感生电动势

叫互感电动势。互感是制造变压器、互感器所依据的基本概念。

2.自感：由于通过线圈本身的电流变化而引起的电磁感应叫自感，由自感

产生的感生电动势叫自感电动势。

电感是衡量线圈产生自感磁通本领大小的物理量，用字母L表示。其单位为

36

亨利，简称亨，其符号为H。lH=l0mH=10gHo

电感(L)的大小与线圈的匝数、形状、尺寸和线圈芯子所用的材料有关，线圈

的直径越大，绕的匝数越多，电感越大；反之越小。

自感对人们既有利又有弊。例如日光灯是利用镇流器中的自感电动势来点燃

灯管的，同时，也利用它来限制灯管的电流。但在含有大电感元件的电路被切断

的瞬间，因电感两端的自感电动势很高，能产生大电弧容易损坏设备的元件，应

尽量避免。

四、电阻

电流在物体内流动所遇到的阻力就叫电阻，用字母R表示。

电阻的单位是欧姆，简称欧，用字母Q表示。通常还以千欧(kQ)、兆欧(MQ)

为单位。

1MQ=1000kQ=1000000Q

1kQ=l000Q

电阻器的种类很多，按其所用材料来分，有炭质电阻、炭膜电阻、绕线电阻

等多种，按其结构形式来分，有固定电阻、可变电阻、电位器三种。电阻的阻值

常用文字或颜色标注，但电阻的实际阻值往往与标称阻值不完全相等，一般电阻

的误差分土5%、土10%、土2三种。不同的电路对电阻有不同的要求，可根据

需要来选择。

当电流流过电阻时，电阻会因消耗功率而发热，电阻因发热而消耗的功率不

得超过某一数值，否则电阻就会烧坏，这个标称值叫额定功率，其额定功率的瓦

数值通常有1/8、1/4、1/2、1、2、3、5、10、20等。其表示符号如图7-1所示。

——1/4w—LLLU—3w

___r~I]------5W-------1X1------1oW

----1口1-----1W——I1—IW以下

图1电阻器的功率符号

电阻所消耗的功率户可以根据电流、电阻之值算出；

P=I2XR

各种物质的导电性能各不相同，银的导电性能最好，铜次之，铝再次之。但

因铜和铝经济一些，用得最广。

电流流过电阻时，温度升高，其阻值也发生变化，阻值变化值与原有阻值之

比，叫做电阻的温度系数。对金属材料来讲，电阻随温度升高而增大，对石墨和

碳来讲，电阻随温度的升高而减小，一个是正温度系数，一个是负温度系数。温

度系数愈小，说明电阻愈稳定。就稳定性而言，线绕电阻最好，炭膜电阻比较稳

定，碳质电阻较差。

五、电容器

1.电容器和电容量

凡是被绝缘物分开的两个导体的组合，都可叫做电容器。通常把电容器的两

个导体叫做极板，而把中间的绝缘物叫做介质。电容器最基本的特性是能贮存电

荷，所以有时又把电容器定义为能贮存电荷的容器。

电容器的电容量用字母C表示，其单位是法拉，简称法，单位符号为F。在

实际工作中，常用较小的单位，如微法（piF）和皮法（pF）。

1微法（闽=10-6法（F）

1皮法（pF）=IO6微法卬P）=10"2法⑹

2.电容器的主要指标

电容器的主要指标有电容量、耐压、介质损耗和稳定性等。电容量和耐压都

标在电容器的外壳上（除部分电容器不标耐压外），而损耗和稳定性，通常要用仪

器来测定。

我们知道，当电场强度超过某一数值时，电介质将被击穿变成导体。因此，

加在电容器两端的电压不能随意增加。为了避免电容器在使用时被击穿，通常在

电容器外壳上标有额定工作电压（即耐压）及试验电压。所谓耐压就是电容器长期

工作时所能承受的最大电压；试验电压是加到电容器两端很短时间（几秒钟），而

使电容器不致击穿的最大电压。试验电压通常是额定工作电压的1.5~3倍。

电容器的耐压能力除与结构、介质的性质有关外，还与工作环境有关，例如

当温度升高时，耐压能力就会下降。因此，在使用电容器时，应使加在电容器两

端的实际电压小于额定工作电压。

理想电容器是没有损耗的，但由于在交变电场中的介质要消耗能量，所以电

容器都有介质损耗。介质损耗除与电容器的结构、材料有关外，还与工作环境，

如温度、电压、频率等有关。通常希望介质损耗越小越好。

所谓稳定性，是指电容量随外界条件的变化而变化的情况。若外界条件改变,

如温度升高或降低，而电容量不变，则稳定性就好。

3.电容器的种类

电容器的种类繁多，按电介质的不同，可分为空气、云母、纸质、陶瓷、涤

纶、玻璃釉、电解电容器等；按结构的不同，又分为固定电容器、可变电容器和

半可变电容器三种。部分电容器的名称、外形及电容器符号如图7-2所示。

（n（F）

图2电容器及其电路符号

云母电容器耐压高、损耗小，稳定性和绝缘性能好，电容量约为几十皮法至

1微法，但成本较高。陶瓷电容器是用特种高频陶瓷作为介质的电容器，介质损

耗极小，绝缘性能好，稳定性很高，特别适用于高频交流电器。

电动机的启动电容器通常使用介质电容器。它的充、放电作用能供给额外的

电功率和转矩，在空调器中常用。

六、交流接触器

交流接触器是利用电磁吸力，使电路接通和断开的一种自动控制电器。

接触器的结构主要由电磁系统（铁芯、线圈）和触头组成。线圈与静铁芯（又叫

下铁芯）固定不动，当接通开关使线圈通电时，铁芯线圈产生电磁吸力，使动铁

芯（又叫上铁芯）吸合。同时动铁芯带动三个动触头向下运动与三个静触头接触，

使电源可以由接触器的输入端送到接触器的输出端。

交流接触器电路分为主回路、控制电路两部分。通常把负载电源供电回路叫

主回路，而把线圈通断控制回路叫控制回路。空调器的主回路包括电动机、电加

热器、电加湿器等供电电路。控制回路则有过电压、过电流、欠电压、超温保护、

三分钟延时、压力保护等电路。

在使用交流接触器时，应按其电流不小于负载额定值的原则，来选择电流等

级。例如电动机额定电流为8.6A,选用10A接触器即可。此外还应根据控制器

电路电压，选择接触器的线圈电压。目前国内接触器的品种主要有3TB系列和

CJX系列。

七、热继电器

热继电器是利用电流热效应而动作的一种保护继电器，主要用于电机的过载

保护。

热继电器由双金属片、加热元件、动作机构和触点系统等部分组成。双金属

片是用两层膨胀系数相差较大的金属片，焊在一起做成的。使用时，将加热元件

与电动机电源串联，触点串联在接触器线圈控制电路中。当电动机发生过载时，

电流较大，使双金属片受热弯曲，通过动作机构，把动触点和静触点断开，使接

触器线圈断电，电动机脱离电源，因而起到保护作用。

有两个热元件的热继电器，属两相式结构，有三个热元件的热继电器属三相

式结构。选用时，根据电动机的额定电流，选择热继电器元件的额定电流。

八、电容感应式电机

空调器的压缩机电机和风扇电机，除部分空调器使用三相电动机以外，使用

最为普遍的是电容感应式电动机。其工作原理如图7-3所示。电容感应式电机有

两个绕组，即启动绕组和运行绕组。两个绕组在空间位置上其相位相差90度。

在启动绕组中串联了一容量较大的交流电容器。当运行绕组和启动绕组通过单相

交流电时，由于电容器的作用使启动绕组中的电流在时间上比运行绕组中的电流

超前90度电角度，先期达到最大值。这样在时间和空间上有相同的两个脉动磁

场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场。在旋转磁场作用下，电机

转子中产生感生电流，该电流和旋转磁场相互作用而产生电磁场转矩，使电机旋

转起来。电机正常运转之后，电容早已充满电，使通过启动绕组的电流减小到微

乎其微。这时只有运行绕组工作，由于转子的惯性而使电机不停旋转。

22。Y(§：

.起芨电容.

图3电容式感应电机工作原理图

九、电动机的过载保护装置

空调器电动机如遇过载（过流）、过热将会导致绕组烧毁，因此需要加上保护

装置。

空调器风机中常使用的保护器一般为温度保护器，它实际是一种温度熔断保

险丝，当风机有堵转、过流、过热时，温度保护器使电路断开，起到保护作用。

其构造如图7-4所示。

图4风机温度保护器

压缩机电动机的过流保护器常用的有：热动式过电流保护器、TH型过电流

继电器。

1.热动式过电流保护器

这种过流保护器紧压在压缩机外壳上，它能感受压缩机的外壳温度和电动机

的过电流。无论哪一个超过了规定的允许值，都会使继电器的触点断开，使压缩

机停止运转。

过流，过温升继电器电路与压缩机电路串联。由加热器双金属片组成的电路

在通常情况下是闭合的。发热元件是双金属片与电热丝。这种过载保护器紧贴压

缩机外壳安装，能很好感受压缩机的过热。双金属片与电热丝串联接入电路中，

电热丝的发热量随电流的大小成比例变化。因而这种过载保护器具有过负荷和过

温升双重保护作用，当电流变大或压缩机外壳温升过高时，双金属片向上弯曲，

将电路切断，以达到保护电动机的目的。

这种过载保护器的结构如图7-5所示。

图5压缩机电机过载保护器

这种保护器能自动复位。当电热丝冷却以后，双金属片恢复原形，使触点闭

入

1=10

2.TH型过电流继电器

TH型过电流继电器是由电加热丝和双金属片组成的热动元件与控制电路的

快接快断触点联接而成。当电动机过载时，双金属片因过热而弯曲，推压压板，

从而使快动机构动作，该触点将电磁接触器的电磁线圈电路切断，使接触器断开。

该装置有一个手动调节旋钮，可以选择调整所需电流值的大小。快断快接触

点可自动复位与手动复位。

十、电磁继电器

电磁继电器是一种常见的继电器，它由一个线圈、一组或几组带触点的簧片

组成。继电器根据用途不同，有交流继电器和直流继电器之分；根据体积大小，

还有大、中、小型继电器之分。

电磁继电器的触点有动触点和静触点之分，在工作中能动作的触点叫动触

点，而不动作的触点叫静触点。继电器常用字母K表示。常用图7-6所示的符号

作为继电器和动、静触点的符号。

图6继电器符号

继电器的工作原理是：当继电器通电后，铁芯被磁化产生足够大的电磁力，

吸动衔铁并带动簧片，使动触点与静触点闭合；当线圈断电后，电磁吸力消失，

簧片带动衔铁返回原来位置，使动触点和静触点分开。因此，只要把需要控制的

电路接到触点上，就可以利用继电器达到某种控制的目的。

线圈不通电时，动、静触点处于断开状态，而通电后，动、静触点闭合的这

种电器叫动合型继电器；反之，线圈不通电时，动、静触点处于闭合状态，而通

电后动、静触点分开的继电器叫动断型继电器。

除上述两种触点形式的继电器外，还有一种转换型继电器。这种继电器的每

一组触点含有一个动触点和两个静触点：上、下触点为静触点，中间触点为动触

点。当线圈不通电时，动触点与其中一个静触点闭合与另一个静触点断开；线圈

通电后，动触点就变换位置，使原来断开的触点闭合，原来闭合的触点断开。这

样便达到了转换的目的，所以把这类继电器叫转换型继电器。

一个电路中可以有多个继电器，可以分别在字母“K”旁加上1,2,3,……,

加以区分。

目前，最常用的电磁继电器为40系列超小型继电器，线圈直流工作电压有

3V、6V、9V、12V、24V等多种规格，其中以4098型应用最为广泛。

直流电磁继电器与交流电磁继电器有明显区别，交流电磁继电器的铁芯上嵌

有一个铜制的短路环，直流电磁继电器则没有。

使用电磁继电器时，要注意判别接点的数量和类型。必要时，还可以测试一

下线圈电阻和接点电阻，检查一下衔铁是否灵活、返回弹簧是否锈蚀。若有故障

则应进行修理或更换。

十一、三相电动机

制冷量较大的柜式空调器中，压缩机电动机一般采用三相电动机，它的效率、

功率因数较高，有较大的启动转矩，可以直接启动。

三相电动机的接线盒内有六个接线端子，根据铭牌上的标志，可连接成星形

绕组或三角形绕组，如图7-7所示。

((1)(6)

图7三相电动机绕组连接法

十二、交流电路

1.正弦交流电路

在电路中，我们把电压、电流都随时间按正弦规律变化的电路叫正弦交流电

路。正弦量有三个参数：频率、幅值、初相位。

1）频率：正弦量每秒钟变化的次数叫频率，用字母f表示，单位为赫兹（%）。

而变化一周所需时间称为周期，单位为秒（S）。频率与周期互为倒数关系。

角频率：用弧度表示的频率叫角频率，用字母3表示，角频率与频率的关系

为：

CD=27rf

2）幅值：在正弦量瞬时值中最大的值叫幅值，用带下标m的字母表示，如小、

Um等。实际有效的值叫有效值，一般讲正弦量大小，都是指有效值。其电压和

电流分别用字母U和I来表示。正弦量有效值与幅值的关系是

7-/，"I]-Um

V26

3）初相位：正弦量的计时起点t=0时的相位叫初相位。两个同频率信号的相

位角差（或者初相位差）叫两正弦量的相位差。

2.三相交流电路

在交流电路中，若存在三个频率相同、相位不同的电源，则称为三相交流电。

其中的每一个电源及其连接的负载称为一相，这种为单相交流电路。

三相交流电是由三相交流发电机将机械能转化为电能而产生的，发电机的三

组线圈在转动中产生了幅值相同、频率相同初相位分别为0°、120°、240°的

交流电动势。

图7-8是三相交流电的波形图。

图8三相交流电的波形图

u

图9三相四线制供电

很明显，它们之间只是初相位不同。

3.三相四线制

如果将三相发电机电感线圈末端连在一起作为一条线引出，则此根线叫中性

线，也叫零线。如同时将三相发电机电感绕组线圈首端用三根线分别引出，则此

三根线都叫火线（相线）。这样的供电方式叫三相四线制，如图7-9所示。

三相四线制可提供两种不同的电压：相线与零线之间的电压叫相电压，电压

为220V；相线与相线之间的电压叫线电压，电压为380V。图7-9中，Z代表负

载电阻，NN就是由原来三条合并为一条的导线，为发电机三相绕组和三相负载

的公共线，称之为中线或零线。其它的三条线UU\VV'、WW，叫相线或火线，

分别称U相、V相和W相。在画三相四线制电路图时，相序（顺时针）不允许变

化。相电压正方向是由相线到中线，线电压的正反向规定为下标字母的顺序，如

Uuv的正方向是V经过负载到Uo

4.三相电路功率

单相正弦交流电路的负载功率是流过元件的电流、元件电压降以及电流与电

压相位角余弦函数的乘积，即

P=UIcos（p

对于三相四线制电路负载的功率仍可依上述公式进行分相计算，计算后再将

它们相加即可。

十三、稳压电源

国内一些地区的公共电网（公网）电压有时很不稳定，单相交流电压常在

150V-265V之间变化，三相交流电压则常在240V〜450V之间变化。而对于像

空调器等强功耗电器来说，允许电压波动范围则有严格的规定。比如空调器电压

波动范围明确规定在额定电压的10%左右，因此如不采取措施，电压过低、过

高都容易烧毁压缩机。但是采取保护措施后，由于保护元件动作，又使压缩机不

能工作，空调器不能制冷，因此应用交流稳压电源就显得很必要。

交流稳压电源能在公网电压过低、过高的情况下，自动调整到规定的电压波

动范围。

例如BJQ系列交流稳压电源能使公网电压在125V〜265V间波动时，自动调

整到198V〜242V°SBW—HI三相交流稳压电源能使公网电压在225V〜450V波

动时，能保持电压输出在380V（土10）之间。

第二节电气系统检修

检修电气系统时，首先应该分析电路。要使修理工作做到有条不紊，必须明

确电路的“四个要素”：电源、负载、开关、导线。这四个要素在电路中的作用，

可以概括为：“动力靠电源，耗电为负载，控制用开关，输电靠导线”。

整个电路是一个闭合回路，电路中的电流要靠电源来维持。在电源外部，电

流是从高电位流向低电位，在电源内部是借助于电源的特殊本领使电流从低电位

流向高电位。

掌握电路四要素和电位高低的概念是分析电路的钥匙。以电路的四要素为线

索去分析电路和检查电路，可以作为我们检修空调器电气系统的一条主要思路，

按此思路逐步进行检查和分析，便可逐一地排除故障，做到事半功倍。下面将按

此检修思路，以窗式空调器电路为例，对如何检查分析和排除电路四要素存在的

故障，做进一步说明。

一、电源

空调器的电源电压为交流220V,允许有士10%的误差。电路上有没有电压,

电压是否在198V〜242V范围以内，可以用万用表测量，火线是否进开关也可以

用电笔去测试。

电压不能过高、过低，否则必须采取相应措施。因此，检修电气设备首先要

解决的是电源电压是否正常这个问题。

二、负载

空调器的主要负载是压缩机电动机、风扇电机、电加热器、换向四通阀线圈

等。检修电气系统的第二步是应该检查负载（所有电器）的好坏。检查负载包括两

方面的内容：

①检查所用电器本身有没有故障；

②若所用电器没故障则再检查电器的送电情况，火线、零线电位是否正常，

可用万用表和电笔测试。

对于单相电容运转式电机，常用的检查办法是用万用表测量绕组的电阻值。

单相电动机的结构主要有转子和定子。定子上有启动绕组和运转绕组，启动绕组

的电阻较大，运转绕组的电阻较小。在全封闭压缩机的外壳接线盒内有三个接线

柱，这三个接线柱在外壳上分别用R、S、C标志，分别代表运转端、启动端和

公用端。其中R、S两端子间是两个绕组的串联接点；电阻值是启动绕组和运转

绕组的电阻之和;f、S两端子间是启动绕组接点；C、R两端子间是运转绕组接

点，如图7-10所示。

图10压缩机电动机绕组

检查方法是用万用表测量绕组的电阻值。大部分电动机的绕组之间，其电阻

值存在如下关系：

RSR—RCS+RCR

单相电机常见的故障是绕组短路、断路和碰壳通地。如果绕组短路则阻值减

小为零，如果绕组断路则阻值无穷大。如果接线端子和外壳电阻小于1MQ,则

为绝缘降低。若单相全封闭式压缩机电动机发生故障，一般是采取更换新压缩机

的办法，如果无法更换，则需重绕绕组进行修复。

对于风扇电机的检查基本上和上述方法相同。只是风机多了两个调速绕组抽

头，运转绕组承受220V电压时为高速；随着阻抗的增加相应为中速和低速。

至于空调器的其它负载，如电热丝，电磁阀线圈等，同样可以用测量电阻的

办法来检查。

三、开关

开关是起控制作用的，所以应该检查其通断性能。检查方法既可用万用表检

查接点的电阻值，也可以在开关输出端测量其电压或用试电笔检测火线。通过对

开关的检查可以判断开关的好坏，输入端和输出端是否有电，一步步地缩小故障

范围。

空调器中，除了应用选择开关之外，还有切换开关、温度控制器、保护继电

器等。切换开关有两种：一种用于冷和热的切换，一种用于制冷和除湿的切换。

如空调器中，冷、热开关就是一个切换开关。温度控制器则可视为一个温度控制

切换开关：在制冷时C、L两点导通，温度到设定值时自动切断；在制热时C、

H两点导通，温度到设定值时自动断开。保护继电器的触点在通常情况下是常闭

的，处于导通状态，用万用表检查若为开路，则说明保护继电器有故障，应予更

换。

四、导线

导线是起输电作用的，主要应检查其有无破损、断路、短路和接触不良现象。

通常可根据开关输入端、输出端是否有电来缩小查线范围。

基于上述分析，可见用万用表测量各种电气元件、开关和导线的电阻及电路

电压是进行检修的一个基本方法，按四要素逐一进行分析的思想是一条较好的检

修思路。

但是在自动化程度较高的控制线路中，由于线路较为复杂，因此，首先进行

电路原理分析显得更为重要。分析的方法可采用闭合回路分析法对主回路和控制

回路进行分析。此时，前述四要素法的四个要素可以改为输入、输出、电源、控

制这四个新的要素，仍按四要素法的思想对电路进行分析，分清其来龙去脉，各

个击破，同样能达到较快地熟悉电路、适应修理工作的目的。

电子技术基础

第一节晶体管基础知识

一、PN结与晶体二极管

人类在实验中发现，半导体硅和错等单晶材料由许多小晶粒构成，所以用半

导体材料做成的半导体管又叫晶体管。

在纯净的硅或铭中，若掺入少量杂质磷、锚、碑等，其中的自由电子，在常

温下也会大大增加，形成一种新的半导体材料。因为这种半导体靠电子导电，所

以叫电子型半导体，也叫N型半导体。

若在纯净的硅或错中，掺入少量杂质硼、钱、锢等，就会发现相反的情况。

这种新型半导体中自由电子数目减少，而空穴大大增多，空穴带正电荷，这种半

导体材料主要靠空穴导电，所以叫空穴型半导体，也叫P型半导体。

当P型半导体和N型半导体用特殊的工艺紧贴在一起时，在他们的交界面上

就形成一个所谓的PN结的结构，如图8-1(a)所示。

PN结与二极管符号

由于两块半导体中载流子的浓度相差很大，因此P型半导体的空穴向N型半

导体扩散，N型半导体的电子向P型半导体扩散，扩散的结果，在P型半导体和

N型半体导接触面附近，P型半导体靠近N型半导体处由于空穴减少，形成一层

负电荷，同样N型半导体靠近P型半导体处由于电子减少，形成一层正电荷。

这种导电结构能阻止电子与空穴继续扩散，所以又叫阻挡层。

在形成PN结的P型半导体和N型半导体上，分别引出电极引线，并用管壳

封闭，就制成了二极管，晶体二极管实质上就是一个PN结。

二极管的符号如图8-1(b)所示，箭头表示正向电流的方向，左端叫正极(也

叫阳极)，右端叫负极(也叫阴极)。在使用时，正极接正电位，负极接负电位。

当加在二极管两端的电压是正向电压时，流过二极管的电流是正向电流。当

加在二极管两端的电压是反向电压时，则流过二极管的电流很小很小，称为反向

漏电流。

二极管的阻挡层PN结，相当于一个可变电阻，正向电阻很小，反向电阻很

大，所以，二极管具有单向导电特性。根据正向电阻很小，反向电阻很大这一特

点，我少可以用万用表的电阻挡大致测量出二极管的极性和好坏。测量方法如图

8-2所示。

图8-2用万用表检测二极管

用万用表测量小功率二极管时，把万用表欧姆挡拨到“RxlOO"，或“Rxlk”

挡（因为“Rxl”挡电流太大，"RxlOk"”挡电压太高都容易损坏二极管），然后

用两根表棒测量二极管的正、反向电阻值，两者相差越大越好。

如果万用表指针不动，表示二极管内部已经断线；若测得电阻为零，则表示

电极之间已经短路；当测得二极管正、反方向阻值相近，表示二极管已坏。

常见的普通二极管正向电阻为几百欧左右，反向电阻为几十千欧到几百千

欧。

利用万用表可以判断二极管的极性。在测量二极管的正、反向阻值时，若测

得阻值较小，则和红表棒相接的那个电极就是管子的负极，与黑表棒相接的那个

电极为管子的正极。反之，当测得阻值较大时，与红表棒相接的那个电极为管子

的正极，与黑表棒相接的那个电极就为负极。这是因为红表棒接万用表内部电池

的负极，而黑表棒接万用表内部电池的正极。

由于二极管导通时电阻很小，所以可以看成短路；二极管截止时，反向电阻

很大，可以看成开路，所以二极管可用作开关。二极管导通时，相当于开关接通,

二极管截止时，相当于开关断开，因此被广泛地应用在整流电路和脉冲数字电路

中。

二、晶体管整流、滤波电路

日常生活中，电力网供给的是交流电。但在生产或工作中，往往又需要直流

电源，例如在空调器电子控制线路中，晶体管、集成电路、直流继电器等都需要

直流电源供电。如何将取自电网的交流电变换成直流电，这就是整流滤波电路需

要解决的具体问题。

整流滤波电路一般由变压器、整流电路、滤波器三部分组成，如图8-3所示。

变压器将电源电压变换为负载所需要的电压数值；经整流电路把交流电变为单

向、脉动的直流电；再经滤波器将脉动的直流电变为比较平直的直流电，以适应

负载需要。

图8-3整流滤波电路示意图

1.整流电路

1）单相半波整流电路

单相半波整流电路如图8-4所示。它由变压器T和整流二极管V组成。如果

变压器T的初级输入正弦交流电压山，则在次级可得到一个与ui频率相同的电

压U2o,经整流二极管V将交流电压变成脉动的直流电压。其波形如图8-5所示。

图8-4单相半波整流电路

结合图8-5的波形图，我们可以对整流工作原理作如下分析：

当变压器次级电压U2为第一个正半周时(图8-5(a)中0~兀的一段)，次级绕组

的a端为正，b端为负。此时二极管V的两端因加正向电压而导通。由于V的

正向电阻很小，所以加在负载Rfz两端的电压近似等三变压器的次级电压，即Ufz

=u2。而负载电流ifz由Rtz决定，波形如图8-5(b)所示。

图8-5单相半波整流波形图图8-6单相桥式整

流电路的流向

当U2为第一个负半周时(图8-5(a)中无〜2兀一段)，次级绕组的a端为负,

b端为正。此时二极管V因加反向电压而截止，所以电路中无电流流过，负载电

压也为零。次级电压U2全部加到二极管两端，如图8-5(d)所示。

以后的各半周将分别重复前两个半周的情况。由图8-5可知，在负载Rfz上

将得到一个单向脉动直流电压。由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有

半个正弦波，所以这种整流电路叫做半波整流电路。

2)单相桥式整流电路

单相桥式整流电路电流的流向如图8-6所示。单相桥式整流电路由四只晶体

二极管组成。其电路接成一个电桥形式，故称为桥式整流电路。图8-6中Vi、

V2、V3、V4构成电桥的四个桥臂，电桥一个对角线接电源变压器的次级线圈，

另一对角线接负载Rfz。

当变压器T的次级电源极性a端为正，b端为负时，整流二极管Vi和V3因

加正向电压而导通，V2和V4因加反向电压而截止。这时电流从变压器次级的a

端出发，电流流向为a—ViTRfz—V3Tb,回到变压器次级的b端，如图8-6(a)

所示，得到一个半波整流电压。

当变压器次级电压a端为负，b端为正时，二极管V2和V4导通，Vi和V3

截止，电流流向改为b—■VzfRfz-V4-a,回到变压器a端，如图8-6(b)所示。

同样在Rfz上得到一个半波整流电压。如此反复进行，负载上就得到一个全波整

流电压。

桥式整流电路应用十分广泛。整流电路的形式除单相桥式整流电路外，还有

单相全波、三相半波、三相桥式等。表8-1列出了几种常用的整流电路。

2.滤波电路

整流电路可将交流电转换成直流电，但整流后的电压仍是直流脉动电压，所

输出直流电压中包含有交流成份，还不是平稳的直流电压，如果要求直流电压比

较平稳，则需要在整流电路后面加入滤波电路。

滤波电路的形式多种多样，但其目的均是为了滤去交流成份，其滤波作用都

是利用R、L、C三元件的固有特性：从能量观点看，电容器可贮存电场能量，

电感能贮存磁场能量；从阻抗观点看，由于电感的感抗XL与电容的容抗Xc都

与频率f有关。它们对交流与直流所呈现的阻抗值大不相同，电感的交流阻抗很

大，而直流阻抗(线圈电阻)很小，所以将它串联在负载电路中可滤去交流电压，

亦即使整流后的电压中的交流成份降于电感线圈上，于是负载两端的直流电压就

比较平稳了。而电容器的容抗为Xc=l/(2兀fc),若将电容器C与负载Rfz并联，

则电容对直流分量的容抗无限大，相当于断路，而对交流成份只有很小的阻抗，

近似于短路，因此它们可以使交流成份旁路。把电感和电容适当地组合起来，便

能很好地完成滤波任务。

表8-1几种常用整流电路比较

最常用的滤波电路有如图8-7所示的几种形式。其中，以兀形滤波器在空调

器电子线路中应用最广。在空调器桥式整流、兀形滤波电路中，Ufz=(l-1.4)U2o

电容成波器电感滤波器L形滤波器K形滤波器电阻K形滤波器

图8-7常用滤波电路

三、晶体三极管电路分析

1.基本结构

晶体三极管的结构、外形和符号如图8-8所示。

9

图8-8晶体三极管结构、外形和符号

晶体三极管由两个PN结组成，这两个PN结把一块晶体分成了三个区域（图

8-8（a））,从上至下划分为集电区，基区和发射区。

如果中间的基区为电子导电型的N区，上、下则均是空穴导电型的P区，我

们称它为PNP型三极管。反之，如果中间的基区为P型区，上、下均为N型区，

就称为NPN型晶体三极管。在使用时需要把各个区域与外电路连接起来，这就

必须在发射区、基区、集电区各作一个完善的引出电极，分别叫作发射极、基极

和集电极。为了简便起见，常用字母E（或e）表示发射极，B（或b）表示基极，C（或

c）表示集电极。

2.晶体三极管的三种工作状态

三极管是一个以小控大、以弱控强的控制元件，它通常有三种工作状态：放

大、截止、饱和。为了便于了解三极管的工作特性，我们先从实验入手，搭一个

如图8-9所示的电路。

图8-9三极管试验电路

调节偏置电阻R，从最大值开始，逐渐减小，每调一次，按表8-2的形式,

记下三个电表的不同读数。

表8-2晶体管电路数据

IB/gA0152030405060708090100120

Ic/

0.111.42.33.244.75.35.8666

mA

Uc/V11.8109.27.45.642.61.40.40.10.10.1

在基极电流1B从0变化到80j.iA范围内，1B的较小变化都会引起集电极电流

IC的较大变化，输入端的基极电流IB与输出端的集电极电流IC之间近似地成线

性关系，即：Ic邛IB。例如IB=50RA时，Ic=4mA,输出电流Ic为输入电流IB

的倍数0=4/0.05=80。在IB为15队〜80piA的这一范围称为放大区，这种工

作状态称为放大状态。晶体管工作在放大区时，发射极处于正偏置，集电极处于

反偏置。

当IB达到90"A以后，尽管调小R使IB继续增大，输出电流Ic却基本上保

持在6mA不变，这种现象称为饱和。集电极与发射极之间的电压降称为饱和压

降，一般用UCES表示。饱和压降总是很小的，所以饱和电流Ies基本上由Uc和

Rc决定，即

外12V

1c=6niA

氏2KQ

与表8-2中的测量结果相符。

三极管饱和时，其饱和电流较大，因此内阻很小，一般只有几欧到几十欧。

这种状态就相当于开关的接通状态。

当图8-9电路中偏流电阻调至很大时，基极可认为开路，IB=0O集电极电流

减小到IOORA（此电流称穿透电流），集电极和发射极间的电压增至11.8V,晶体

管的这种工作状态称为截止状态，相当于开关的断开状态。不过，这个截止状态

并不理想，集电极内还有lOOgA这样大的穿透电流，作为开关来说，相当于断

开时具有漏电阻。但如果我们在基极加上相对于发射极为正的电压，如图8-10

所示，漏电流就会大大减小到可以忽略的地步。

(12V)

Ti.sv

图8-10在基极加上正电压

三极管的三种工作状态的条件和特点列于表8-3o

表8-3三极管三种工作状态的条件和特点

工作状

条件特点

态

发射结为反向偏置

/B=0,/C=0,UC=EC,可将三极管的C、b、e三个

截止或零偏置，集电结

极看成开路；三极管相当于开关的断开状态

为反向偏置

发射结为正向偏置

具有以小控大，以弱控强的作用，即所谓放大作

（硅管要求

放大用。k大小与Rc、Ec无关,只取决于/B,两者满

UBC>0.5V）集电结

足关系式IC=0IB

为反向偏置

Ic不再随/B增大而增大，只取决于Rc和良，即

发射结和集电结都Ies=Ec/RcoUCES-0.3V,UBES-0.7V（铸管

饱和为正向偏置，且UCESYMV,UBES=0.3V）可将三极管的c、b、e

三个极看成一个结点；三极管相当于开关的接通

状态

3.晶体管的开关特性

1）晶体二极管的开关特性

由于二极管导通时电阻很小，管压降也很小（硅管约为0.7V,错管约为

0.3V）,所以可以看成短路；二极管截止时，反向电阻很大，可以看成开路。所

以二极管可做开关。二极管导通时，相当于开关接通；二极管截止时，相当于开

关断开。由于二极管从导通到截止，再从截止到导通的时间很短（如2CK10每秒

钟可以开关二亿次），所以在脉冲数字电路中用途很广。

2）晶体三极管的开关特性

三极管作开关时，工作在饱和与截止状态：三极管截止时，流过管子的电流

基本为零，相当于开关的断开状态；三极管饱和时，电阻很小，管压降基本为零,

相当于开关的接通状态。三极管由饱和到截止或由截止到饱和，中间的放大状态

只是过渡而己，时间非常短暂。如常用的开关管3DK3,开关一次的时间不超过

90ns,而3DK2开关一次不超过50ns。也就是说，它们在1s内能够开和关的次

数都超过一亿次。所以晶体三极管和二极管一样，具有很好的开关特性。在空调

器微电子线路控制板中，也同样获得广泛应用。

图8-11反相器工作原理

最常见的晶体管开关电路如图8-11所示，其工作原理如下：在图8-11（b）中，

当无输入信号时（即输入端为零电位），+UB通过RB加到晶体管基极上，使晶体管

截止，管子内几乎没有电流通过，只Rc上的压降接近于零，因此输出端电位近

似为一Ec。当输入端加一负的信号电压，例如一6V时，管子由截止过渡到饱和，

此时的输出端电位近似为零，这个状态一直保持到输入信号消失为止。

对PNP管（图8-11（b））来讲，输入负信号时线路接通，输入正信号则不起作

用，管子仍然截止；对于NPN晶体管（图8-11（a））来说，输入一个正脉冲，便有

一1个负脉冲输出O

从"对图8-11的晶体管开关电路分析可以看出，它具有如下特点：当输入处

于低电位时，输出便处于高电位，其输出的极性正好与输入相反，所以通常把它

叫作反相器，或称倒相器。

第二节脉冲数字电路初步知识

一、脉冲

顾名思义，“脉冲”这个词含有脉动和短促的意思，就像人的脉搏一样，是

断续的、突然的、跳动的。我们把一切具有突变性的、周期性的、非正弦波形的

g流和电压都叫做脉冲。脉冲波形种类很多，几种常见的脉冲波形如图8-12所

示。

图8-12脉冲波形图8-13最简单的脉冲发生

器

按其用途说，方脉冲和矩形脉冲常用作控制信号或用来产生尖顶脉冲。尖顶

脉冲和三角脉冲常作触发信号。锯齿波脉冲常在电视、雷达、示波器等设备中作

扫描信号。

对初学者说来，也许对脉冲感到很陌生，其实，脉冲也并不神秘，比如，我

们用图8-13(a)所示的一个简单的电路就能产生一系列矩形脉冲。

在图8-13(a)中，设开关原来是打开的，则R上的电压UR=O,当开关接通

时，则UR=UG。如果开关一会儿断开，一会儿接通，R两端的电压波形就是一

系列矩形脉冲，如图8-13(b)所示。

脉冲波形是千变万化的，但都有突变的成份(除电源外)。其电路由两个主要

元件组成：一是开关，二是惰性元件。开关的作用是破坏电路的稳定状态，产生

一个突变，惰性元件控制过渡过程，在晶体管脉冲数字电路中，晶体管是作开关

用的，而惰性元件常用电容器。

二、数制

数制有很多种，数字电路中常用的有十进制、二进制、八进制和十六进制。

1.数制的基与权

数制所使用的数码的个数称为基；数制每一位所具有的值称为权。

十进制的基为“十”，即它所使用的数码为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,

共有十个，十进制各位的权是以10为底的幕，如下面这个数：

418075

1051041()310210110°

十万万千百十一

各位的权依次为个、十、百、千、万、十万，即以十为底的0次幕、1次幕、

2次累、3次幕等等。

二进制的基为“二”，即使用的数码为0、1,共两个。

二进制数各位的权是以2为底的暴，如下面这个数：

11011

十六八四二一

各位的权即以2为底的0次暴、1次暴、2次暴、3次暴等等。如二进制数

110即等于十进制数6。

八进制数、十六进制数的原理与上述相类似，这里从略。

2.为什么要采用二进制

为什么要采用二进制呢?这是因为电路通常只有两种稳态：导通与阻塞；饱

和与截止；高电位与低电位等。具有两个稳态的电路称为二值电路。因此，用二

进制电路来计数时，只能代表2个数码：0和1。如以1代表高电位，则0代表

低电位，因此采用二进制数就可以利用电路进行计数工作。采用数字电路做成的

电子计算机，具有运算速度快、电路简便、成本低廉等优点。

三、逻辑门电路简介

1.门电路概述

门电路是一种具有一个或多个输入端，一个输出端，并符合一定规律性因果

关系的开关电路。如图8-14所示。

图8-14门电路图8-15与门

电路

当输入信号之间满足某一特定关系时，门电路才输出信号。这好像是只有在

满足一定条件时才能打开的一扇门一样，故称为门电路，也叫逻辑电路。因为它

符合某种因果关系，所以人们又把门电路的作用叫逻辑功能。

门电路在自动控制、自动检测装置中有着广泛的应用，是数字电路和计算机

中的基本单元。最基本的门电路有三个：与门、或门、非门。它可以由开关组成，

也可以由二极管、三极管和电阻组成，也可用数字集成电路的方式组成。随着半

导体技术的飞速发展，现在数字电路几乎已全部采用数字集成电路。

2.逻辑代数

在人们的日常生活中，常会遇到一些矛盾的概念，例如“真”与“假”、“对”

与“错”、“是”与“否”、“开”与“关”、“通”与“断。在电路中电位的“高”

与“低”等。随着科学技术的发展，人们将这些矛盾性的概念加以数学化，“真”、

“对”、“是”、“开”、“通”用“1”表示，“假”、“错”、“否”、“关”、“断"用"0"

表示，这就产生了逻辑代数这一数学工具。它在分析、设计开关电路时有着广泛

的应用。

在逻辑代数中，把具有两个对立物理状态的量称为逻辑变量。很明显，它可

以有一个或n个输入逻辑变量，但只有一个输出逻辑变量。输出逻辑变量的取值

是随各输入变量的取值变化而变化的。

3.与门

实现“与”运算的逻辑电路称为“与门”。简单的与门电路如图8-15所示。

图8-15中，开关A、B与指示灯串联，当开关A、B同时合上，指示灯E就

亮；而当A、B中任何一个开关断开时，指示灯E就灭。我们称开关A、B与输

出E间的关系为“与”的关系，记为E=A-B。将开关接通、灯亮定义为“1”

状态；开关断开、灯灭定义为“0”状态。按上述方法规定的条件，可以列出真

值表，如表8-4o

由真值表可以看出，变量A、B之间的关系和普通数学中的乘法运算有相似

之处，即：

0x0=0；Ox1=0；1x0=0；1x1=1

所以上述运算称为“逻辑乘”或“逻辑与”运算。

表8-4与门真值表

ABE=A-BABE=A-B

000100

010111

4.或门

实现“或”运算的逻辑电路称为“或门”。简单的或门电路如图8-16所示。

,ARN

/---------CZD---------------0

0------/•——AF—4~~E<

E

图8-16或门电路图8-17非

门电路

图8-16中，开关A或B合上，或者A、B全合上，指示灯均亮。只有当开

关A、B全断开，指示灯E才灭。这种门电路叫“或门”。“或”的关系则和普通

数学的加法运算有相似之处。即：

0+0=0；0+1=0；1+0=0；1+1=1

所以称它为“逻辑加”或称为“逻辑或”运算。这里要注意的是逻辑加没有进位,

即1+1=1,并非1+1=2。图8-16所示控制电路的逻辑关系可表示为：

E=A+B

5.非门

实现“非”运算的逻辑电路称为“非门”，简单的非门电路如图8-17所示。

图8-17中，当开关A合上，则指示灯E就灭，开关A断开，吧旨示灯E就

亮。其逻辑关系为：A=l,则E=0；A=0,则E=l。记为：E=A0

在与门、或门、非门的基础上又可以发展成“或非门”、“与非门”以及更为

复杂的“与或非”、“异或”、“异或非”等门电路。

开关、继电器可以构成门电路，晶体二极管、三极管也可以组成门电路。表

8-5列出几种由晶体二极管、三极管组成的门电路，供读者自学参考。

四、数字集成电路

集成电路俗称集成块，它是在同一块单晶硅片上，经过氧化、光刻、扩散、

外延、蒸发等一系列工艺，同时制成晶体管、电阻、电容及连线等的集成电路块。

由表8-5可知，晶体管可以作成各种门电路。但这些门电路有一个缺点，即

元件多、接线多、发生故障点也多。由于集成电路的出现，这一问题便得到迅速

解决，使得门电路的应用极为广泛、简便。

集成电路的逻辑功能与晶体管电路的逻辑功能完全相同，但由于它将电路中

的晶体管与连线全部集成在集成块内部，其外面只有输入、输出、控制端子和电

源端子等，所以外部电路十分简洁，而且功能更强，成本更加低廉。

集成电路与由分立元件组成的电路有以下区别：

1）在耦合方式上，集成电路尽量采用直接耦合，以避免采用大电容、大电阻

和大电感元件，在不可避免时，则将这些元件放在外电路中。而在分立元件电路

中，广泛采用阻容耦合和变压器耦合。

2）在电路所用器件上，集成电路尽量采用有源器件，如三