电工基础课件

电工基础第一节电路的基本知识一、电的基础知识二、电压、电流与电阻三、电路及欧姆定律一、电的基础知识1.电子电的构成元素：物质、原子和电子原子的构造：

1．原子核(质子和中子)2．电子轨道

3．电子2.导体与绝缘体

原子随物质的不同而有所区别。一种物质的原子其价电子越多，电子越难以通过。相反，价电子的数量越少，该物质越有利于电子的流过。不言而愈，导体与绝缘体之间的区别就在于其价电子的数量。导体绝缘体4个电子位于外环5-8个电子位于外环半导体1-3个电子位于外环一、电的基础知识1.电压

当阀门关闭的时候，容器B中的水位要比容器A中的水位高。两个容器之间的水位差h产生一定的能量。

当阀门打开时，两个容器中的水位持平，这时候不再有能量产生二、电压、电流与电阻电压的定义：是使电流流过一个导体所需的压力(电动势)。电压的力是正(+)电荷与负(-)电荷之间的数量差造成了不平衡的状态。电压符号

:

U

单位：伏特

方向：由高电位指向低电位电压与水塔的比较二、电压、电流与电阻U电路I向线段标注法电路IU电位标注法电路IUabab注脚标注法电路IUabab注脚标注法电压在电路中的标注方法二、电压、电流与电阻电压表的表示符号直流电压表（DC）交流电压表（AC）VmVuVVmVuV2.电流以水流为例：电流相当于流经水管的流量二、电压、电流与电阻定义：在电路上,将单位时间内流过电路的电子数量称为电流电流符号：I单位：安培单位表示：A

二、电压、电流与电阻直流电流(DC):

当电瓶一个接线柱处的电子过剩时，就会导致其向缺乏电子的另一个接线柱流动，这样就形成直流电流。直流电流只沿一个方向流动。交流电流(AC):当改变极性(正极或负极)电流来回流动时，即产生交流电流(AC)。交流电流总是在不断地改变其流动的方向，先沿正极方向流动，然后由沿相反的负极方向流动。

整流:

由于汽车电气系统使用的是直流电压，因此必须转换发电机所产生的交流电压。整流是将交流电流转换成直流电流的过程。为将交流电流整流成直流电流，需要使用被称做二极管的微型半导体。二极管是一种只允许电流沿一个方向(正极或负极)流过的电气元件。

二、电压、电流与电阻电流的表示符号直流电流表（DC）交流电流表（AC）AmAuAAmAuA电阻的水流模拟水流较大的原因:

内壁比较光滑、平直

长度较短

横截面积较大水流较小的原因:

内壁粗糙、弯曲

长度较长

横截面积较小二、电压、电流与电阻3.电阻3.电阻二、电压、电流与电阻导体在电场的作用下，自由电子的定向移动受到两方面的阻力

A：热运动的阻碍

B：晶体点阵上原子实的阻碍磷原子自由电子＋4＋4＋4＋4＋5＋4＋4＋4＋4电子一空穴对（1）电阻的定义：表征导体对电流阻力大小的物理量，称为电阻。电阻是材料本身的特性，材料确定后，在电路中不会随电流、电压的变化而变化（2）单位、符号：电阻用“R”表示，单位“欧姆”用“表示。（3）影响电阻的因素：温度

长度

横截面积二、电压、电流与电阻影响电阻的因素有:温度：

当材料的温度升高时，其电子将更加牢固地保持其旋转轨道；这样，就使电子从一个原子到另一个原子的流动更加困难。例如：铜和钢的电阻随温度的升高而增大。长度：

增加长度，电阻增大。电子必须经过更多的原子受到较大阻力的影响。直径：较大尺寸的导体意味着可同时流过更多的电子。导线直径越小，流过的电子就少，电阻就越大。当增大导线的直径时，电阻就会减小。腐蚀：电路的腐蚀也对电阻产生一定的影响。腐蚀是由于暴露在诸如盐、水和污物等物质中所造成的。一旦出现腐蚀，电阻就会增大。二、电压、电流与电阻电流电压和电阻各物理量间的关系

A安培电流W瓦特功率W欧姆电阻V伏特U电压单位表示单位物理量符号物理量IRP欧姆定律:P=U.I(W)(V)(A)U=R.I(V)(W)(A)三电路和欧姆定律（一）欧姆定律（二）电路1、定义：电流通过的路径称为电路。A电源：产生电能的设备（如电池、发电机等）B负载：电路中各种用电设备（灯泡、电炉）C连接导线：用良好的材料，将电源和负载通过控制器件连接起来，给电流提供闭合通路。起着传输和分配电能的作用D控制器件：电路中的辅助装置，用于对电路的控制和保护。（开关、保险丝）组成三、电路和欧姆定律

简单电路示意图电池开关K电阻电池开关K电阻三电路和欧姆定律串联电路：串联电路是一个无分支电路在同一时刻流过电路各点的电流相同。U2UI1I2I3IU1U3电压U=U1+U2+U3电流I=I1=I2=I3电阻R=R1+R2+R3三电路和欧姆定律三电路和欧姆定律并联电路：是一个多分支且各路接在同一个电路的共同两点之间。U3U2U1UI1I2I3I电压U=U1=U2=U3电流I=I1+I2+I3电阻1/R=1/R1+1/R2+1/R3

三电路和欧姆定律三电路和欧姆定律混联电路三电路和欧姆定律三电路和欧姆定律三电路和欧姆定律电压的测量12,3电压电压表并联在电路中万用表的使用直流电压的测量交流电压的测量电流的测量:

0,23安培

安培表必须串联入电路万用表的使用电流的测量电阻的测量53,5欧姆欧姆表联接在用电器的两极电路必须是开路万用表的使用电阻的测量第二节磁与电磁感应一、磁铁及磁场二、电流产生的磁场三、电磁感应四、安培力一、磁铁及磁场（一）磁铁

1、磁铁定义：能够吸引铁磁性物质（钢或铁）的特殊物质称为磁铁或磁石。2、磁铁的基本特性：

A两端磁性最强。磁极具有指向南北极的性质。（N、S极）

B同性磁极互相相斥，异性互相吸引。

C磁铁无论怎样分割，分割后得到的每一小块磁铁总有南北两个极，即N、S相互依存不能单独存在）

D磁化原来没有磁性的铁磁物质，放在磁铁旁边会获得磁性。

（二）磁场与磁感线

1、磁场

（1）磁场定义：磁体周围存在的磁力作用空间，当另一磁体或通电导体置入该空间时，就要受到磁力的作用，通常把这个磁力空间叫做磁场。

（2）磁场特性：

①磁场具有力和能的性质；（物质的特性）

②磁场是一种特殊物质（没有构成物质原子与分子）

③在磁场中某点，磁场是有强弱和方向的量（矢量）；

④对引入磁场的运动电荷或载流导体有力的作用；

⑤运动电荷在磁场中受到磁场力，静止的则不受。

NS(3)匀强磁场

如果磁场中各点磁感应强度大小、方向均相同，磁力线为方向相同互相平行且间隔相等的一些带有方向的直线，当N极和S极较近时，其中间部分磁场可近似为均匀磁场。2、磁感线（磁场强度的定性描述）NS（1）定义：表征磁场中某点性质（磁场的强弱与方向）的假想线。（2）特点：A磁感线上任一点的切线方向为磁场方向；B磁场强弱由磁感线疏密表示；C磁感线永远是闭合曲线（外：N至S内：S至N）；D磁感线互不相交（磁场中任意一点的磁场方向只有一个）；E磁力线不能中断（磁铁的N、S极总是成对出现的）；F异性磁极接近时，磁感线有走捷径的趋势；当两个同性磁极接近时，磁感线有侧面受挤压的倾向。（三）磁感应强度和磁通量

1、磁感应强度B（定量描述磁场各点性质）

(1)定义：

用来描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量，其方向为该点的磁场方向。

定量描述：

常用载流导体在磁场中所受的力F，与导体中的电流I电流和导体垂直于磁场的L长度的乘积的比值来表示该点磁感应强度的大小，即：B＝F/IL

式中：F、I、L的单位分别是牛顿、安培和米。

B单位：牛顿/库仑*米即牛顿/安培*米，

又叫“特斯拉”简称“特”用“T”表示。

(2)方向判定BIFSN左手定则：将左手掌伸直放在磁场中，大拇指和其余四指垂直，掌心向着磁场N极，伸直四指指向电流方向，则拇指方向即电磁力方向。安培力的应用2、磁通量（定量描述磁场某个面积磁场强弱）

(1)定义：指通过磁场中某一截面面积的磁感线的数量，叫做通过此截面的磁通量（表征磁感应线疏密程度，简称磁通，用Ø表示。

(2)大小和单位：均匀磁场中的磁通在数值上等于磁感应强度B与其垂直穿过该给定面积S的乘积，即Ø=B*S

单位为“韦伯”（Wb）简称“韦”

二、电流产生的磁场

（一）电流的磁效应

（1）定义：电流通过导体时，导体周围产生磁场的现象称为电流的磁效应。

（2）电流产生磁场的基本规律：

①磁场中任何B的大小与电流强度大小成正比；

②磁场中任B方向由电流方向来决定；

右手定则：右手握电流源，拇指与四指垂直，则拇指代表电流方向，弯曲四指就是磁力线回绕方向。

③磁场的分布与载流导体的几何形状有关。

通电直导线产生的磁场方向判定：IINS螺旋线圈右手定则右手拇指与四指垂直，四指顺着电流方向握线圈，则大拇指所指方向即为磁场方向。长直螺旋载流线圈产生的磁场三、电磁感应

1、电磁感应的定义、条件和原理

定义：变化磁场产生电动势或电流的现象称为电磁感应现象。

条件：导线切割磁力线或线圈中磁通量的变化是产生感应电动势的必要条件。

原理：导线和线圈都是导体，导体内有大量自由电子，当导线切割磁力线运动或线圈中磁通变化都相当于负电荷在静电场中运动，要受到洛仑磁力的作用，向导线或线圈的一端运动，造成导线和线圈两端产生电位差，这个电位差就是所产生的感应电动势。电磁感应原理直导线的电磁感应线圈的电磁感应2、法拉第电磁感应定律及楞次定律感应电动势大小遵循规律

感应电动势方向遵循规律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律楞次定律（三）自感与互感

1、自感

自感定义：当闭合回路的电流发生变化时引起自身产生的感应电动势称为自感电动势。

自感电动势方向（应用楞次定律）

当电路接通，电流增大时，自感电流方向与原电流方向相反；当电路切断，电流减小时，自感电流方向与原电流方向相同。

自感互感2、互感KEφ11Aabφ12

定义：两个离的很近的线圈a、b，当a中电流变化时，除a外，b也会产生感应电动势，这种当一个线圈内电流发生变化，在另一个线圈内产生感应电动势的现象称为互感。电磁理论的应用

通电线圈产生磁场磁场中运动的线圈产生感应电动势；或，运动的磁场可以使其中的线圈产生感应电动势。总之，切割磁力线可以产生感应电动势。继电器

汽车上使用的操纵开关的触点容量较小，不能直接控制工作电流较大的用电设备，常采用继电器来控制它的接通与断开。用继电器控制线路中的元件有以下几项优点：

1.当电线太长时（例如：带有通过仪表板的控制器的线路）可以降低电压降.2.降低电线的粗细程度，也可降低成本

3.自动起动某些线路（例如：补充照明大灯，冷却系统的风扇电机等）注意：电压降取决于电线的电阻值（也就是电线的长度和截面宽度）以及通过线路的电流强度的大小：U=R·I继电器

继电器

继电器

线路图

控制系统控制线路磁场工作线路用电器保护系统蓄电池继电器

当控制线路中没有通电时，工作线路中第3和第5通道之间也没有电流通过。但是在工作线路中的第3和第4通道之间有电流通过。

继电器备注

:继电器线圈电阻在50--100欧姆

给继电器的线圈通电（第1和第2通道之间），控制线路中有电流通过，这样线圈周围会产生磁场并将工作线路中的开关吸合。

工作线路中第3和第5通道之间有电流通过，并给用电器通电。

工作线路中第3和第4通道之间的电流断开。

继电器

类型:单位继电器双位继电器有二极管保护的继电器注意二极管的安装方向

继电器

有稳压二极管的继电器在电路中的运用继电器

第三节二极管和三极管一、半导体的基本知识二、二极管及其应用三、三极管及其应用一、半导体的基本知识（一）、导体、半导体和绝缘体

1.导体：因含有大量可以自由移动的电子，很容易导电的物质称为导体。金属，一般都是导体。

2.绝缘体：因物质中的自由电子不能移动，几乎不导电的物质，称为绝缘体，如橡胶、陶瓷、云母和石英。

3.半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质，称为半导体，如锗、硅、砷化镓等。物质结构与导电性导体和绝缘体

导体、绝缘体：物理特性不可控（极端）半导体：物理特性不稳定（热激发、参杂），可以按照人们的意愿精细加工二极管、三极管和晶闸管等电子元件。sisisisi（二）、本征半导体（1）定义：完全纯净、纯度极高、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体.例如：硅本征半导体

在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中没有自由电子，导电能力为零。本征半导体的特性

在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1.热激发

空穴导电：空穴吸引邻近价电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体的导电机理特点:(1)半导体有两种载流子：自由电子和空穴。 (2)自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合。 (3)在一定温度下，电子空穴对的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子数目便维持一定。1.热激发热敏电阻

2.掺杂法

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。

如掺杂质磷的浓度为百万分之一：电子浓度增加：+4+4+5+4N型半导体多余电子磷原子？结论：（1）掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度。（2）自由电子浓度远大于空穴浓度。多数载流子（多子）：自由电子少数载流子（少子）：空穴。+4+4+3+4空穴P型半导体硼原子特点（1）P型半导体：本征半导体中掺入三价元素硼。

（2）P型半导体中

多子：空穴，

少子：电子。半导体元件的制作步骤sisisisisisisisisiBsiAs自由电子空穴本征半导体N型半导体P型半导体掺入少量砷元素掺入少量硼元素结合（接触）二极管PN两层晶体管PNPNPN(三层)晶闸管PNPN（四层）半导体的应用原理二、半导体二极管及其应用（一）PN结的形成1、空间电荷区中没有载流子。

2、空间电荷区中内电场阻碍多子的扩散运动，促进少子的漂移运动。

3、P中的电子和N中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小即漂移电流很小，uA级。

4、扩散与漂移达到动态平衡时即形成PN结。PN结特性（二）PN结的单向导电性

PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。

IPN结反向偏置PN结加上反向电压、反向偏置的意思是：

P区加负、N区加正电压。结论：

PN结具有单向导电特性(三)半导体二极管基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型PN二极管实际结构(四)二极管的伏安特性UI死区电压：硅管0.5V,锗管0.2V导通压降:硅管0.6~0.8V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压U(BR)PNIU二极管的伏安特性整流、削波作用Ruiuouituit

二极管的应用主要利用它的单向导电性包括整流、限幅等。例：二极管的应用RRLuiuRuotttuiuRuo万用表测试二极管稳压二极管UIUZIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-VZ工作特点：（1）在反向击穿区处于稳压状态；（2）工作在其它区域与一般二极管相同。发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。正向导通电压：1.5~2.3V两端的电压：在5V以下发光电流：几十至几百毫安.LED三极管的外形结构三、晶体管及其应用晶体管及其应用一、基本结构NNP基极ECNPN型PNP型基极晶体管的电流放大特性集电极ECPPN集电极图形符BECIBIEIC多为硅三极管多为锗三极管文字符：VT发射极发射极BBBECIBIEIC基区：较薄，1um以下，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高结构特点BECNNP基极发射极集电极发射结集电结

实现电流放大得关键：发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且制造得很薄。三极管内载流子的运动二、电流放大原理ECNNPEBRBEC发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。IE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。BRC三极管的电流放大作用BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBO从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。IBEICE多子的运动少子的运动RCIC=ICE+ICBOICEIB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIBE电流放大倍数：ICE与IBE之比RCIC=ICE+ICBO

ICE直流电流放大倍数RBRCEBEC三、特性曲线

输入、输出回路参数测试实验线路三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法。ICmA

AVVUCEUBERBIBECRCBEBEC输入回路输出回路（1）输入特性曲线IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区电压：硅管