家电技术概述

家电技术概述

郭光真

第一章诸论

一、课程由来

二、关于家用电器

家用电器未见明确定义。能不能说是“使用电的家用器具？”

最早是什么？看看历史。

电灯：1879年。爱迪生，白炽灯，首先作为路灯，后入家庭。

电话：1876年。贝尔。

电报：1844。莫尔斯，未入家庭。

电视机：1924。贝尔德。

收音机：1920'S,……

家用电器的范围。

有一本高校教材《家用电器与维修技术》（似可简称“家电技术”），但其中不含最重要的家电电视机，为什么？

广义的“家用电器”：含家用电器产品与家用电子产品。简称“家电二

狭义的“家用电器”：照明、电热、电炊具、空调、洗衣机、冰箱等。

家用电子产品：视频产品、音响产品等。

另一种说法：

黑色家电：电视、音响、VCD、DVD,录像、收音机等。~家用电子产品。

白色家电（白电）：冰箱、空调、洗衣机等。~家用电器产品。

还有一个“小家电”的说法，电磁炉、微波炉、电饭锅、家用医疗器械、调光台灯'汽车电器…….

个人电脑、电话、手机、数码照相机、传真机等本来不在家电范围内，属于信息产业。另有专业维修人员。但更广义

的“家电”也包含这些。

三、家电与健康

家电日益普及，一些可能的负面影响出现了。人们对健康越来越重视，越来越关注家电对健康的影响。

1、电磁辐射、电磁波、电磁场有害健康。典型说法有：

“打手机会致癌吗？:医生、记者、防辐射产品生产商说“会”，国际专业研究机构说没有确凿的证据说明“打手机

会致癌”。是相信个案个例，还是相信大规模参照研究的结果？

2、“雷雨天打手机会引雷击吗？”有的记者、医生、大学教授说“会二但防雷技术研究人员说“不可能”。应该相信

谁？手机发射的无线电波是“导电体”吗？无线电波会使空气电离引发雷击吗？不可能。

3、“加油站不得打手机”。网上绝大多数消息都说加油站打手机可能引发爆炸事故，但没有说出根据。国外有人在很

苛刻的条件下做模拟实验却不可能引起爆炸。汽车启动瞬间时所产生的火花比手机产生的火花要大得多。

四、家电与环保

“废电池污染环境”网上充斥着"一粒钮扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量；一节一号干电池可使

一平方米的耕地永久性的失去使用价值"。多系人云亦云。前一句从数量级上就觉得不可思议。有人计算过，纽扣电池中

锌粉的含量平均不足200mg,其中汞的含量约占6%〜10%（目前含量更低，要求在1%下列），以汞的含量为10%、既

每粒纽扣电池中汞的含量为20mg计算，即使其中的汞元素全部溶于水,60万升水中汞的增加量也只只是为3.3X10WL,

低于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）I类水域关于总汞含量5X10，mg/L的标准。

废电池要不要集中回收？理论上废电池能够回收利用，但实际上有困难。国家环保总局的《废电池污染防治技术政

策》规定，在口前条件下，干电池只要符合国家环保指标，均不鼓励集中回收处理。现在干电池已无汞化，含量0.0001%

下列。

五、不实信息与陷阱

“简易卫星电视接收器”。

“节电器”。如何才算“节能家电”？消费者的目的是节约电费。最好是“省电又省钱“，但有的时候是“省电不省

钱”，甚至“不省电又不省钱”。能否“不省电却省钱”？

汽车“电子狗二

电子遥控黑秤。

考试作弊工具。

六、家电奇闻及其他

金字塔中发现4200年前的电视机。

耐电奇人，触火线无感受，是特异功能吗？

耐电560V,申请基尼斯记录

家电使用寿命。

第二章电工学基本知识

—.电路概念

维修家电常常要找资料•，找“电路图”。那什么是“电路”？

电路的定义，电流的通路，电流流经的路径。电流有三个效应热效应磁效应化学效应。

电路由三部分构成：电源（信号源）、中间环节、负载。中间环节也有说成“导线、开关”的、不全正确。简单电路

由：电源、导线、负载构成。复杂电路中间环节很复杂。

电路的作用有两类。

强电一一起电能的传输与转换作用。例，供电电路。发电（机械能~电能），变压器升压，电能输送，变压器降压,

负载如照明灯、电动机（电能一光能、机械能）

弱电一一起信号的传递与处理作用。例,

道路上各类穿盖

上的标记。电力（强单刀开关SW

电）、弱电、电信等。电源E

实物图——实际

电子元器件连接而

成，复杂时看不清

三刀开关SW

晰。电感L

电路图——电原选择开关

理图，由电路元器件

符号画成的。

图形符号、文字符号有

国家标准，电阻、电容、导线交叉导线交叉二极管D

电感、二三极集成电不连接相连接三极管T

路、开关、变压器等符

号；中、外符号不一致。例：电阻

国内:

图形符号、文字符号举例。

电路图例子：电吹风

常见故障，开关接触

不良。

1热风2冷风3关

二.电路的基本物理量

电流：单位时间通过某一截面的电荷量。A,mA；

电压：单位正电荷从电场A点移动到B点所作的功，为AB间的电压。V、mV、KV；

电动势：电源力所作的功，指电源内部。

三.电路的基本定律

欧姆定律：欧姆研究七年，1826年发表此定律。符合此定律的电阻为线性电阻，白炽灯的灯丝不符合此定律，温度

越高，电阻越大，为非线性电阻。

I=U/R,流过电阻的电流与其两端的电压成正比关系。

全电路欧姆定律：I=E/（R+r）E为电源电动势，r为电源内阻。碱性电池的内阻小与普通干电池，适用于大电

流放电。蓄电池内阻远远小于普通电池，适用于更大电流放电，如启动汽车摩托车。问题：8个干干电池12V,能代替

12V的蓄电池来起动汽车吗？

电功率与电能：p=UI=I-R,W、KW\W=I2Rt…单位焦耳、千瓦时、KWh,原称“度”，非标准单位。

电能计量用电能表，俗称电度表。有容量限制，电流安培数。一个用电故事：一个月用电超电能表量程，从00000

重新开始计量，有可能吗？

四.电路的状态

1.有载，通路状态负载与电源接通，用电设备工作的状态。

2.电源短路、局部短路。电源短路电流很大，家用电路现常用自动空气断路器（空气开关）来保护。家电里用熔断

器（保险丝）。烧保险丝有多种原因，如：电路存在短路，电流过大；电路正常，保险丝老化，自然损坏。保险丝更换不当，

随意加大容量，1A,2A,5A……，最后保险丝不烧，电路板烧毁，故障扩大.有的时候保险丝质量低劣，换后又烧。

熔丝特性。熔（保险）丝的额定电流h,熔断电流（2倍h）,最多2分钟熔断，1倍多L.的熔断时间？见表。

延时型熔丝。彩电开机瞬间大电流，运行小电流。

保险丝成分为铅锡合金，能否用铜丝代？有条件能够代，应急修理常用。

保险丝正常工作电流：在259条件下运行，熔丝的电流额定值通常要减少25%以避免干扰熔断。比如，一个电流额定值

为10A的熔丝通常不推荐在25•0环境温度下在大于7.5A的电流下操作。

额定值的百公比熔断时间

110%4小时最小

135%60分钟最大

200%2分钟最大

保险丝作用：短路保护，非过载（超负荷）保护。超35%,最长60分钟熔断。电器事故（如电机烧毁、火灾）可能已

发生。

电源线短路，电器会损坏吗？

电器火灾常由电线“短路”引起，保险丝为何不熔断？空气开关为何不跳闸？

媒体报道电气事故使用“短路”一词，常有误。短路会引起电压升高损坏电器吗？一报道说“用户超负荷用电产生短路，

导致电压特殊，电器老被烧坏”。短路会使空气开关跳闸，断开电源。超负荷用电（过载），电压只会降低，电器怎么会烧坏？

报道还说“日光灯一闪一闪的”，这是电压低的现象。短路不是超负荷用电引起的。

全电路欧姆定律：U=E-Ir.超负荷用电，I增，U降。

家电中元器件击穿造成短路。原因有：（1）元器件老化，质量低劣不符规定要求的；（2）电路故障引起元器件击穿，更

换后故障仍在。易击穿的元器件有二三极管、电容器、集成电路，但不要轻易怀疑集成电路，换起来烦恼。

3.电源开（断）路，局部开路。

电源开（断）路，如保险丝熔断，电器端电压为零，不工作（不工作不等于损坏）。

家电上常见局部开路。一是元器件内部开路。在高压或者大电流状态下工作的电阻易变质，阻值变大，甚至开路，外表

发黑。也有外表完好看不出的。二是电路板虚焊。4.额定值

家用电器铭牌上标明的使用电压、频率、功率等指标即额定值。额定值是使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定

的正常容许值，是综合考虑了安全、可靠、使用寿命、制造成本等因素制定的。

额定值定得过低，成本高，浪费；过高，不可靠，安全隐患，伪劣产品常这样做。

满载：实际电压、电流、功率等于额定值，正常使用；汽车载重比方。

过（超）载：实际电压、电流、功率大等额定值，寿命大大缩短；

轻载：实际电压、电流、功率小等额定值，寿命可延长。

讲一下节电问题，还有所谓“节电器:何为“节电”？在相同的效果下，使用节能电器，少耗电，如同亮度的节能灯

耗电为白炽灯的1/5。

220V60即的白炽灯接到110V上，理论计算其功率为15W。由于灯丝电阻是非线性的。电压高，功率大，温度高，电阻大；反

之电阻小。60W灯在110V下的电阻要比220V下的电阻小，故功率应大于15W,实际测量大约为18~20W。测试说明，降压使

用的220V60W灯比220Vl5W灯要暗，不节电。但寿命可延长，节约灯泡消耗，对彻夜长明灯有利。据说美国有一盏白炽灯已

连续亮了96年，估计是在低压下点亮的。

五、电与磁

1.电与磁不可分

有电路，又有磁路。变压器、电感器，电动机中有电路又有磁路。通过磁来传递能量。

电能电能：变压器，电~磁一电；电能一机械能：电动机，电~磁一机械。

磁场与电场有相似之处，电力线，磁力线，磁力线从N-S（磁力内部是SfN）。

磁路，磁力线在铁心中形成闭合的路径。铁心由磁性材料制成，能集中磁力线。

磁阻（类比电阻）：磁性材料能集中磁力线，磁阻小；非磁性材料，不集中磁力线，磁阻很大。类比导体与绝缘体。

磁性材料：铁族元素及其合金、氧化物，可被磁铁吸引；非磁性材料：非金属、塑料、木材、铜、铝等，不被磁铁吸引。

2、电磁关系的发现

19世纪初，科学家大都相信电与磁毫不相干，没有什么关系。1820年，丹麦的奥斯特，发现通电导线周围产生磁场，

小磁针偏转，用右手定则推断。“电生磁”现象。

安培发现磁场对通电导体有作用力。左手定则。

电能原由化学电池产生，意大利的伏打发明电池，称伏打电池，因成本等问题不可能广泛用作动力。

法拉第1821-1831实验十余年。

法拉第第一次

实验

法拉第第一次实验是一个变化的电流产生另一个变化的电流。后又继续，共做了五类：变化着的电流、变化着的磁场、

运动的磁场、运动的恒定电流、在磁场中运动的导体。最后在1851年总结出电磁感应定律。

导体与磁场有相对运动，线圈中磁力有变化才产生感应电动势与感应电流——这就是发电机原理。准确的说是“动磁生

电”，静止状态不生电。

法拉第定律一一推断电磁感应的大小：

E=生

2

磁力线（磁通）的变化率越大，感应电动式£越大,磁铁插入拔出越快，E越大；若磁铁不动，磁通再大也不产生感应电动

势。

美国人约瑟夫•亨利发现自感现象。据说他比法拉第早一年发现电磁感应现象，但未发表。

焦耳楞次定律一一解决感应电动的势方向问题：

电磁感应产生的电流也会产生磁场（右手定则），其方向是要阻碍外界磁场的变化。外磁场增大时阻碍其增大，减小时

阻碍其减小。磁铁插入拔出时电流方向不一致。

线圈有对抗变化磁场的作用，称之自感现象。自感系数L单位一亨利。

线圈加变化电压如一变化电流力一变化磁场一感应电流一感应电流的磁场阻碍线圈电流的变化，故方的变化滞后于«

的变化；而电阻的电压、电流的变化是同步的。

M

自感系数£即线圈电感量的大小。自感系数/.越大，电流的变化率越大，感应电动式万越大。E=L

六.直流电与交流电

直流电是大小方向都不随时间而变的电流。重点讲交流电。正弦交流简称交流电。

1.交流电的三要素

交流电的表达式"=U,“sin(sr+e)

i=Imsin（（ot+1//）

(1)频率：交流电每秒钟变化的次数：周期：每次变化所需的时间

7一周期(S),F一频率(Hz,KHz、MHz)

"一角频率，弧度/S,正弦每变化一次2万弧度。

工频50-60HZ音频20Hz-20KHZ。

低频(LF)—30-300KHZ

中频(MF)—300-3000KHZ

高频(HF)—3-30MHZ

基高频(VHF)—30-300MHZ

特高频(UHF)—300-3000MHZ

(2)幅值、有效值

幅值即最大值、峰值。上式中的l/m,一个周期内两次最大。有效值是以电流热效应衡量交流电做功能力。与直流电进

行对比。以U表示。

关系为Um=1.41〃。日常用电U=220V,Um~310V.交流电中元器件的耐压应按以来选择，如电风扇的启动电容，耐

压250VAe能够，250VDC则不可。

(3)初相位

计时起点选择不一致，相位角也不一致。

两个同频率正弦交流信号比较其相位有：超前、

滞后、同向、反相等关系。

2.交流电路中的电感与电容

电感加交流电压出产生同频率的交流电流£,但工的变化滞后于4。电感对交流电有阻碍作用，称之感抗XL,其大

小为XL=2”fL,单位欧姆，f是电流的频率，L为电感系数。直流时f=0,XL=0,电感对直流电无阻碍作用，但实际电感

器是导线绕的，还有导线的电阻。因此在直流电路中，电感看成短路，但当电感接通或者断开直流，电感有作用，会产生感

应电动势。

电容加交流电压u：,产生同频率交流电流£,但工的变化超前于4。电容对交流电有阻碍作用，称之容抗XC,其大

小为1/2nfC,单位欧姆。在直流电路中f=0,XC-8,相当于开路。但当电容接通或者断开直流电时，有充放电作

用，电路中有电流，此电流并不“通过”电容(电容两极板之间是绝缘的，电子是通只是的)，称之位移电流。用指针式万

用电欧姆档测试电容(电容量较大，在1UF以上较明显)，可见指针摆一下又回8位，反接表笔，又见指针摆一下，角度

更大，再回8位。即电容充放电现象。

XL与XC总称电抗。R、L、C串联，

总称阻抗Z,其大小为

22

Z=^R+(XL-XC)(欧姆)

不等于心XL+屁。在直流电路中串联总电压=各部分电压之与。在交流电路中串联总电压X各部分电压之与。UKUR+UL+Uco

部分电压有可能＞＞总电压。可能有〃(或者比)»心由此可见，交流电路的分析计算比直流电路复杂得多。

谐振现象。力学有共振现象，电学有谐振现象。共振是当系统固有频率等于外力频率时产生的，其振幅达到最大。谐振

是电路固有频率与电源频率一致时产生的，其电流达到最大。就R、L、，串联电路而言，当电源频率/=%万J无即

电路的固有频率时，产生谐振。这时Z最小，电流最大，UL=Uc»U,可达到电源电压的几十〜几百倍。无线电技术中作用

于调谐，收音机中选择电台。如收音机收到三个

电台信号，频率为/I、蝎、现调节C（可变电容器）使谐振频率/=%乃/女=工

即突出了/I的信号强度，抑制了72、73,因此就收到/!台，提高选择性与灵敏性。

交流电的功率

直流P=UI=I'R

交流220V40W电感镇流日光灯，电流I=0.36A,PXUI,P=UICOS<t>,。为u,I的相位差，含电感器、电容器的交流

电路，u、I间有相位差Q7S。称之功率因数，

C2s0W1。此处Q2S0NZ5,户为有功功率，电度表计量有功功率/L、C为储能元件，理论上不耗能，电度表计量不

出。

有关“节电器”“节电”的解释。所谓的“节电器”就是电容器。

功率因数低有何害处。P=UICOS<i>,当/一定，COS<t>I,1\,线路缺失/〃="也t。

商家现场演示，在没接节电器之前，电流表显示两盏日光灯的电流是0.5安，

接上“节电器”后，电流表显示电流只有0.25安了，说:“由于P=UI,节电50%”,

果真如此？并上电容器，提高功率因数，P=UICOS4>,COS4>1,I\,但日光灯

电流L不变，户不变，假如接的是电能表，电能表不可能转慢。假如电流表接

在日光灯这边，读数仍为0.5安，不可能变小。作用也有一点，减少线路缺失

但有限。假如日光灯换成白炽灯或者热水器一类电阻性负载，则I反而增大，就露馅了。

三相交流电

三火线，一零线，提供2种电压：火线间电压叫线电压，380V；火~零间电压为相电压，220V。零线接地，与大地等电

位，不带电，火线带电。站在地上碰火线会触电。工厂用三相电，大功率电器用三相。家用单相，一火线，一零线。不一致

楼层接不一致相，总体也是三相，尽量分配均匀，但不可能做到对称。

零线（干线）中断，引起相电压失衡，有的升高，有的降低，造成事故。停电检修后电压上升，误接两火线，时有发生，

造成用电器大面积损坏。

供电电压升高要紧由于：（1）误接两火线，有这方面的报道；（2）零线（干线）中断。（3）其他偶然原因，雷击瞬间，

10千伏高压线搭上220伏民用电线。

3.为什么要使用正弦交流电

（1）容易升降电压

远距离输电要用高电压、小电流、降低线路损耗，交流易升压，直流不易。有的时候要用低压也方便。

（2）变化平滑不可能引起过电压

正弦函数的导数值最大为1最大的d（sint）/dt=l,导数就是变化率。变化的电流加到电感上会产生感应电压，大小

为5=L%t,若z很大，则儿很大。如这样一个波形的电流:JUTTL在电流直上直下变化的瞬变化

率极大，UL也极大，会产生危害（但也可用于产生高压）。

第三章电子元器件基本知识

什么是“电子元件”、“电子器件”？

“电子器件”指在工厂生产加工时改变了分子结构的成品。比如晶体管、电子管、集成电路。它本身能产生电子，对电压、

电流有操纵作用（放大、整流、检波、振荡等），又称有源器件

“电子元件”指在工厂生产加工时不改变分子成分的成品。如电阻器、电容器、电感器。它本身不产生电子，它对电压、

电流无操纵与变换作用，又称无源器件。

电子器件进展经历了四个阶段（代）：电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路。简单介绍进展进程及应用。

一、电子管（真空管）

1883年，爱迪生为延长白炽灯的寿命，在实验室无意中发现了热电子发射现象与二极管的单向导电现象，称之爱迪生

效应。但他未认识到重要性。时无线电尚未发明。

1903年，英国理查逊证实了电子的存在，1928年获诺贝尔奖。

1904年，英国弗来明，发明真空二极管。有放大作用。1906年美国的德福宙斯特在阴、阳极之间加入一个栅极，当栅

极电压有微小变化时，引起阳极较大的变化。“以小控大”，就是放大。结构为圆筒状。作用如"闸门”。

电子管发明初期，因真空度不够高，寿命短。后来（1910）德国的哥德发明了抽高真空的分子泵，提高了真空度。从三

极管进展到四、五、六、七、八极管。从单一管到复合管，双二极、双三极、三-七极，二-五极管。在一个玻壳内装两个电

子管。

电子管的弱点：体积大、重量大、耗电大，发热多，寿命短，几千小时〜卜2万小时。B29轰炸机上仪器装1千只电子管、1

万多个无线电元件。

1950'S-—1960'S逐步被晶体管替代。但在高频、大功率场合仍有应用。近年又“复活”，在高级音响中，被认为音

质优于晶体管。

二极电子管原理

阳极

栅极

二、半导体晶体管阴极

半导体材料单向导电现象的发现。灯丝

1835年，麦克思发现“不对称导电现象”。

1874年，布拉温，硫化物有单向导电现象。

1880年，硒整流器。硒（Se）也是半导体。

后来发现更多天然或者人制矿物有单向导电性。

1906年前后，辉铅矿或者金刚砂；晶体加金属丝成二极管，用作检

极管，业余爱好者用于矿石收音机一无电源收音机，做检波器。

1940年，人工纯错、硅晶体出现，晶体二极管应用。依靠提纯技术的进展。

真空二极管加第三极（栅极），有放大作用，半导体怎么加第三极？

1945年开始，贝尔实验室，攻关小组。肖克莱（组长）、巴丁、布拉顿。各有所长。肖：理论。巴丁：理论+实践。

布拉顿：实验。1947.12.23发现三极管放大作用（图），II小变化引起12大变化。1948年专利，1956年诺贝尔奖。

1952年，区域提纯法，进一步提纯半导体、单晶体。点接触型。面接触型。

1959发明平面工艺。美仙董公司，赫尔尼。晶体片表面进行加工一一集成电路工艺的前身。微小型化的过程。早期

电极几个mm,后缩至0.3飞.5mm,结面积0.07~0.2nrf。实际上PN结直径只要几十个um。照相，制板，光刻，印刷工

艺。1950年芯片2.5imn7个，到1963年，同面积上可制作125个管。线宽20-30um,,1950'S电子管与晶体管竞争。电

子管小型化，最小如铅笔粗。60年代晶体管全面取代电子管。(除微波、大功率场合)。

半导体的三个物理效应，光电导效应、光生伏打效应、整流效应

半导体的导电特性：热敏性光敏性掺杂性。50Um,

N型半导体：纯净半导体掺入五价元素磷:自由电子数目大量增加，自固定ARA党探针

由电子导电成为要紧导电方式

P型半导体:掺纯净半导体入三价元素硼:空穴数目大量增加，空穴导电1、」1Ge

成为这种半导体的要紧导电方式。B

半导体的特点是对温度敏感，性能影响大。错半导体极限工作温度第1只晶体管示意图

75℃,楮半导体极限工作温度160℃.

增益Kv=100

二极管、三极管的应用：

1.二极管

(1)整流一低频，检波一高频，开关作用一导电“开关接通，不导电'开关断电,

特性，单向导电性。

--------------------N_____________+引线引线

触丝/丐----合金电极

AAr一皿广；理晶片_____——悭错片

卡一支架|匚煌锡

整流XV整流后1二田玻壳—［一1支架

(2)特殊二极管：

稳压二极管：有稳固电压的作用；发光二极管LED：作指示灯，未来的照明光源；光敏二极管：光照敏感，电阻变小,

电流变大，有可见，红外光敏，用作遥控、检测信号；激光二极管：发射激光，CD、VCD,DVD、CDR0M读写激光头。

2.三极管

(1)放大：A小变化，引起△大变化。放大作用、操纵作用。

以小控大。放大系数夕=

小信号放大：中频、高频、低频信号放大;

大信号放大：功率放大，音响输出：

收音机、电视机的变频。作信号源，测试仪器用。LC振荡器，RC振荡器。

(3)开关作用三种工作状态：放大截止一开关断开，饱与一开关接通

(4)分类：低频三极管。高频三极管，开关三极管；小功率三极管，大功率三极管。晶闸管，又称可控硅，用于交、

直流电压调节。

三.集成电路(IC)

50年后期。晶体管虽小，但数量多，体积、重量也显大了，计算机上百万个晶体管，体枳仍很大.接线多，可靠性下降。

管芯有效面积仅几十um*但芯片面积0.5mm:芯片只占0.03mm,其余为引线、支架、管壳、低座。1960年的一台通用

计算机，用了10万只二极管与2.5万只晶体管。1952年，英国的达默提出集成化即无接线固体器件的设想，当时技术条

件限制，做不到。1958年9月，美德克萨斯仪器公司（TXAS）工程师杰克•基尔比（Jackkilby）在他人去度假时留守

车间时，发明了集成电路，第一个IC是安置在错晶片上的电路一相移振荡器。面积7/16x1/16英寸2个晶体管及2个

电容、8个电阻。。几乎同时，仙董公司（硅谷）的诺伊斯也试制硅晶片集成电路，使用平面工艺。但申请专利迟基尔比

几个月。专利权判给基尔比。2000年，基尔比退体多年后，获诺贝尔奖。事实上，以后的IC都是用硅平面工艺制成的。

集成电路制造的可能性。二、三极管均有PN结；电阻杂质半导体具有一定电阻；电容利用PN结的电容效应，但容量有

眼；这样晶体管、电阻、电容都用同一种半导体材料制成。IC的第一个商品是助听器，1963年12月。

1961年，第一台用IC的实验性计算机，587块IC,285克，体积小于100cm3,功率16W.

四大规模，超大规模集成电路

1960年代平面工艺。1970年，通用微电子与通用仪器公司，开发MOS集成电路。（MOS-金属，氧化物，半导体。）集

成度高，低功耗，制作简单，成为IC进展方向。1965年莫尔（GordonMoore）发表了一篇不起眼的文章《往集成电路

里塞进更多元件》，总结出“莫尔定律"，每18个月~2年集成度提高一倍。1971年11月，第一个微处理器（CPU）Intel

4004,含3300个晶体管，1990年。奔腾HICPU,含14万以上。

半导体存储器的进展：

1965,施密特,MOS,ROM、存储器

1963INTEL公司，256位

1970,1K位

1974,4K位,（10um）

1976,16K位，（5um）

1979,64K位,（3uin）

1983,256K位，（1.5um）

1986,IM位，（1.2pm）

1989,4M位,（0.8um）

1998,256M位，（0.25um）

2001,十亿位（1000M）

2010,64GB（理论极限256GB）。CPU速度2000亿次。集成读100亿/片（1010,理论上10"。10cm2.）

1962年12个元件的集成块

1965年初100个元件的集成块（SSI小规模集成电路）

1965年底100-1000个（MSI中规模集成电路）；

1971年1000-10万个（LSI大规模集成电路）

1978年10万-100万个/30mm2（VSLI超大规模集成电路）

90年代1亿个以上（ULSI极大规模集成电路）；

20世纪末突破10亿个（GLSI巨大规模集成电路）。

1K=1O24=2"1；1M=1024K=2M=1048576；

1G=1024M=23O=1073741824：1T=1024G=2”

第四章电阻电容电感元件

介绍电阻器、电容器、电感器件知识

电阻器

可分为固定电阻，可变电阻。特殊电阻。按电阻材料可分为碳膜、金属膜、线绕式。符号。

1.固定电阻

早期电阻为实心碳质电阻，石墨与粘土按一定比例混合烧结而成，稳固性差，噪声大，温度系数大，基本上淘汰。

（1）碳膜电阻高温结晶碳沉积在陶瓷器骨架上而成。稳固性较高。噪声也较低。

（2）金属膜电阻合金材料蒸镀在陶瓷管上。噪声低、耐高温、体积小、稳固性好、精密度高。

（3）线绕电阻用高电阻率、低温度系数合金丝如锦铜、康铜丝绕制。稳固，耐热，误差小，功率大。

2.可变电阻

（1）电位器改变滑动触头的位置，可改变电压、电位的高低。有碳膜、线绕（可旋转270°角）多圈（可旋转

10圈）等形式。应用：收音机调节音量大小。

（2）可调电阻有碳膜、实心、线绕等形式。一次性调整用。如在晶体管电路中调节工作电流，电视机中调节光栅

幅度等。

3.特殊电阻

（1）热敏电阻NTC-负向温度系数电阻，TtRI,用作温度补偿、测量、调____匚/_节。PTC-正向温

度系数电阻，TtRtt,用作保护、温度操纵。用于电热器及彩色电视消磁。陶瓷迂尸PTC、有机高分子

PTC。锦、钵、镣氧化物NTC。PTC消磁、启动、恒温加热、过流过热保护。

（2）保险电阻类似保险丝，电流过大或者过热时，熔断。温度保险电阻，—温度过高时熔断，

用于电热器。

（3）压敏电阻电压超过一定值时，阻值变小，作过电压时保护电器设备。以氟化锌为要紧材料而制成的金属-氧

化物-半导体陶瓷元件

4.电阻表示法（1）有效数字加倍数有效数字2-3位。如203=20*10"=201（。4501=450x101=45000=4.5KO；

（2）直标法直接在电阻上写上阻值与误差。

（3）色标（环）法普通电阻，四环；2位有效数字、1位倍率、1位误差；精密电阻，五环；3位有效数字、1位倍率,

1位误差。

有效数字表示：黑0,棕1,红2,橙3,黄4,绿5,蓝6,7,灰8,白9。误差表示：棕现，红2%,绿0.5船蓝0.25%,

0.1%,金5%,银10%,无色20%,倍率表示：黑〜白10°〜10，,金色10”,银色10,。例1：红红棕金：22*10,=220Q

±5%；例2：红红金金：22*10'=2.20±5%»例3：黄黑兰红绿：406*1020+10%=40.6KQ+1%

红黑黑橙保

-----1nH白--------

红=2,黑=0,橙=3,误差棕=现，因此，阻值=200X1000=200KQ（误差土1%）

电阻的串、并联阻值与功率

—.电容器

存储电荷。储能元件，（电阻为耗能元件），理论上不耗能。充电、放电现象。符号：

1.按形式分固定电容器，可变电容器，半可变电容器

2.按介质可分

有机介质：纸介、涤纶，聚苯乙烯，聚酯，

无机介质：陶瓷，云母，玻璃，

电解质：铝电解，留电解（有极性）

气体：空气，真空。

3.用途

云母、瓷介：耐高温，稳固性好，漏电小，用于高频；

纸介：价低，损耗大，体积大，用于低频，工频；

聚苯乙烯：漏电小，稳固、精度高，用于高频；

涤纶：体积小，容量大，稳固，用于路；

电解电容：容量大，有极性，漏电大，作电源滤波用；

可变电容：有空气介质，有机介质，单连、双连，用于电容量连续调节，如收音机调电台；

半可变电容：介质有云母、陶瓷，微调电容量用；

4.性质

充、放电。对交流有阻碍作用。

容抗Xc=l/2“fC,ftXcI;f=0,Xc=8；

有“隔直，通交”作用，“通交”指Xc相对小。

5.应用

(1)偶合交流信号；

(2)滤波：除去交流成分，或者高频信号，如整流滤波、波；

(3)傍路作用；(滤波的另一种说法)

(4)谐振：与电感构成LC谐振电路；

(5)降压：用电器串一适当电容接电源，可降压；

(6)延时操纵：充放电需时间。

“傍路”的意思是交流(或者高频)成分从电容走“傍边一路”入地，有用成份直流或者低频信号，提供给负载。

(7)超级电容器：储存电能作为能源，上海实验用于电车。

6.电容量的表示

(1)直接标注

如：16V220uF；620PF200V;

uF=10_6F=1000nF,nF=10_9F=1000PF,PF=10",2F,微法、纳法、皮法。

如3n3=3.3x1000=3300PF,3P3=3.3PF

(2)数字法

3位数字，前2位为有效数字，后1位为倍率。

例：224=22X10'PF=220000PF=0.22uF

101=101X0'PF=100PF

7.要紧参数

(1)容量：

(2)误差：00级土设；0级土2%I级±5%,II级士10的HI级士20%

(3)工作电压(耐压)6.3V,16V,25V……50V,100V,400V……取击穿电压的一半，又分直流、交流耐压；正弦交流电压

的峰值为有效值的1.41倍，如交流220V,峰值达310V,电容耐压应为400VDC以上或者250VAe上。DC一直流，AC一交流。

三.电感器

1.性质与作用

绝缘导线绕制而成。储存磁场能量，储能元件，理论上不耗能，实际上导线有电阻。自感系数L(单位亨利)感抗九=2

Xtt,f=0(直流)&=0。“阻交通直”，阻高频，通低频。

2.分类

按电感量变不变分：

固定电感，L不变

可变电感，L可变

按有无铁(磁)心分：

空芯电感，L小，线性，用于高频；

磁芯电感。L大，非线性；

低频用铁心，材料为硅钢片，导体；

高频用磁芯，材料为铁氧体，(Fe203)，绝缘体。

3.要紧参数

(1)电感量Z—单位：H、mH、uH亨、毫亨、微亨。

(2)品质因数Q-ZC电路在谐振时，电感(电容)两端电压为电源(信号)电压的Q倍，Q=几十~几百。

4.应用例子

(1)与电容器构成振荡电路，调谐电路，调谐频率/=%万&^。

(2)电视机中的偏转线圈；

(3)收音机中的天线线圈，收集电磁波，

有方向性,能够排除干扰；

(4)滤波,整流后滤去分流成份,直流通

过阻交通直或者滤去高频，低频通过.。

•电容器电感器应用：

•音箱分频器

四变压器

在铁(磁)心电感器的基础上，加绕1个或者多个线圈即成变压器。

1.工作原理与符号

变压作用：

%=%/正比)

变流作用：

%=%,反比)

2.应用例子

(1)电源变压器

220V~几「十几V,充电器、随身听用；

220V-110V,进口电器110V,要降压,

(2)隔离电压器

220V/220V,隔离火线，维修安全；

(3)音频变压器(几十HZ'lOKHz)

电子管音响，接喇叭要通过变压器，阻抗匹配；有线广播，距离远，需升降压;

(4)高频变压器

收音机中周变压器，465KHZ,10.8MHZ,电视机中变压器，38MHZ

第五章家用照明电器

-进展史简介

照明电器从发明至今历经四代。

1白炽灯

在白炽灯发明往常，出现过电孤灯。电气照明之始。1820年俄彼得罗夫，电孤灯，两支碳棒靠近，电火花放电，引起

孤光，类似烧电焊。但发光时间短，冒黑烟，功耗大，价高，无法广泛使用。到1876年，改进的电孤灯持续可发光2小时。

1846年，英国斯明，碳化纸丝灯泡，真空度不够，寿命短，不有用。1879年爱迪生做了改进，发明了经济，有用，寿命长

的碳丝灯。发明权判给他。提高了真空度。试验了1600多种材料做碳丝（稻草、马鬃、玉米、纤维、胡须……）最后选用

碳化棉线。1879.10.21试验成功，点了四十多个小时。11月申请专利。

1909年。通用电气公司的库里基发明铝丝灯泡。铝的熔点3680K,工作温度2400〜2600K,白炽状态。但鸽丝易脆，寿

命受影响。1913年，兰米尔发明了充气铝丝灯，充入氮气，减少了鸨原子的蒸发，延长了寿命，提高效率。又把灯丝制成

螺旋状。充气鸨丝灯延用到今天。

白炽灯为热光源，能量90%变为热，效率低；寿命较短，爱迪生发明时为40小时，现为1000小时。

白炽灯性能参数

瓦数（W）15254060

光通量（1m）110220380630

Lm=流明，功率大的效率高。1只60w>4只15w.

继续改进。鸨丝上涂上金属锦，延寿5倍。

1959年，美♦弗利法黑奇，把元素碘充入白炽灯中，制成碘铝灯，亮度高，1000w相当于5000w普通灯泡的亮度。

报载（2004/9）,美国得一只1908年的碳丝白炽灯连续点亮96年。是否具有可能？寿命远超过lOOOhr?报道中有一

句“旁边还安有一个可调节灯光亮度的调节器”。低压工作寿命可大大延长。

有消息说，白炽灯将在近几年内停止生产与使用。

2、荧光灯

冷光源。低气压气体放电发光，又称日光灯，效率较高，寿命长。

荧光灯参数功率（IV）—光通量（1m）

功率RRRL寿命

155806355000

60240026405000

100550061003000

注RR:日光色RL:冷白色

进展历史

1902年，黑维特，水银灯，真空管充入水银与氧气。亮度高，但有大量紫外线。水银灯启动不易。早在1852年，英国

斯托克期发现荧光物质，在一色光的激发下能发另一色光。黑维特推测，将紫外线去照射荧光物质，应可发可见光。初期实

验屡屡失败。

1910年，法国克劳特发明霓虹灯。真空管内充入敏、氯、氮气等惰性气体，加上高压电，会发出橙色、兰色、金黄色光。

霓虹灯亮度不够。其原理与白炽灯不一致。白炽灯是电变为热，热变为光，效率低；霓虹灯是气体发光。

1938年，美国通用电气公司的伊曼，解决了启动装置，荧光灯试制成功。

节能灯，紧凑型荧光灯。

用稀土三基色荧光粉，光效率高。寿命为白炽灯的8倍。普通日光灯荧光粉为卤磷酸钙。三基色荧光粉，蓝：多铝酸镁

银；绿：多铝酸镁；红：氧化钮。

亮度5W相当于25W白炽灯，7W相当于35W白炽灯，9N相当于40W白炽灯，11W相当于60W白炽灯。

•暖色光：色温在3300K下列，暖色光与白炽灯相近，红光成分较多，能给人温暖、健康、舒适的感受。

•冷白色光:色温在3300K'5300K之间，中性色由于光线柔与，使人有愉快、舒适、安详的感受。

•冷色光：色温在5300K以上，光源接近自然光，有明亮的感受，使人精力集中

3.高强度气体放电灯（HID）

高气压气体放电灯。

通常不作家用。广场、道

图5T4H光灯的结构re5-15双金属片启碎鸨

路、工厂照明。典型的有高压汞灯、高压钠灯等。

高压汞灯，充氨气。体积小，效率高，寿命长，但光色差（无红色成分）。例：300IV,P„g=l-5atni,启动电压400V.启动

至正常工作须4〜10分钟。光效率35〜651m/W。寿命5000hr。镇流器启动。Atm=大气压。

高压钠灯。100W,92001m;400W,470001m.光色较好。

有人开发出30〜50W高压钠灯，作为家用。

4、固体光源

白光发光二极管（LED），半导体电场发光。

I960's出现

照明方式特点红发光二极管

LED,GaAsP材料，波

长565nm。长期以来

白光LED具有发热量低、耗电量少（白炽灯泡的八分之一，荧光灯泡的二分之只有红、绿、黄色，

一）、寿命长（数万小时以上，是荧光灯的10倍）、反应速度快、体积仅用于指示。无白

小可平面封装等优点，易开发成轻薄短小的产品，是被业界看好在未色光LED,无法用于

来10年内，成为替代传统照明器具的一潜力商品。照明。90年代出现

蓝光LED,GaN材料，

荧光灯荧光灯省电，但废弃物有汞污染、易碎等问题。目前仅少数厂家掌

握此技术。美国惠

普、日本丰田合成

白炽铛丝灯泡低效率、高耗电、寿命短、易碎。及日亚公司。