家電技術講義 郭光真 第一講 諸論一、課程由來關于本課程，1990S曾開過幾年。初名：家用電子學。后改家用電工電子技術，又改家電技術。意為家用的電工電子技術或家用電器的技術。家用電器技術離不開電工電子技術。主要對象是缺乏電學知識的文科類學生，把電工電子知識和日常生活用電、家用電器結合起來。二、關于家用電器家用電器未見明確定義。能不能說是“使用電的家用器具？”最早是什么？看看歷史。電燈：1879年。愛迪生，白熾燈，首先作為路燈，后入家庭。電話：1876年。貝爾。電報：1844。莫爾斯，未入家庭。電視機：1924。貝爾德。 收音機：1920S， 國內，30年前，主要“家電”僅是照明，相當多農村無電。1970S末起步1980S 發展，1990S普及，21C多樣化高檔化。與國外發達國家水平差距縮小。家用電器的范圍。有一本高校教材家用電器與維修技術（似可簡稱“家電技術”），但其中不含最重要的家電電視機，為什么？廣義的“家用電器”：含家用電器產品和家用電子產品。簡稱“家電”。狹義的“家用電器”：按國家職業技能鑒定（分五級初、中、高級、技師、高級技師）的規定，家電行業維修工分家用電子產品維修工和家用電器產品維修工。家用電器產品：照明、電熱、電炊具、空調、洗衣機、冰箱等。家用電子產品：視頻產品、音響產品等。另一種說法：黑色家電：電視、音響、VCD、DVD、錄像、收音機等。家用電子產品。白色家電(白電)：冰箱、空調、洗衣機等。家用電器產品。還有一個“小家電”的說法，電磁爐、微波爐、電飯鍋、家用醫療器械、調光臺燈，汽車電器。個人電腦、電話、手機、數碼照相機、傳真機等本來不在家電范圍內，屬于信息產業。另有專業維修人員。但更廣義的“家電”也包括這些，家電維修雜志有這方面內容，大家電商店也賣手機、數碼照相機，但未賣個人電腦。范圍日益擴大中。汽車電器興起。三、關于家電維修行業媒體上有關家電的報道不少，有真有假。家電維修行業，專業隊，廠家專業維修隊伍；游擊隊，街頭巷尾的維修小店；業余隊，業余電子愛好者，教師、知識分子、大學生，如廈大學生社團“電子維修學社”。維修路子 “學院派”。從原理出發，追根究底，專業書雜志，分析透徹。但紙上談兵，“對號入座”往往找不著，修不好。“經驗派”。修好即可，不怎么追求原因，個體戶，“游擊隊”，理論不高。實用為主，混飯吃。“模糊維修”。二者結合較好。1） 盡量找資料、圖紙，不盲目下手，擴大故障，越修越糟。2） 無圖紙，較簡單的，從現象出發，必要是畫出草圖。3） 觀察現象，問、望、聞問 問故障前后情況，變化望 看、觀察，有無燒焦痕跡，開路、虛焊，（有時看不出）聞 燒焦氣味。4） 記錄維修經過，現象，原理探討，處理結果，做資料備查。復雜電器，數碼電視，液晶、等離子，背投，業余者越來越難，專業化，電視機保修35年，業余隊、游擊隊差不多要下課，游擊隊消亡，讓位正規軍？悲觀論，有一定道理。小家電，冰箱、空調、洗衣機等還有修的余地，原理結構相對穩定。“一手機”，自然損壞的機子。“二手機”，經第一手修過的，未修好，故障可能擴大，維修難度增大。“多手機”家電維修業被投訴爆光不少見。媒體大多是負面報道。黑箱操作，亂收費，漫天要價，以次充好，偷換元件，虛報故障點，擴大維修范圍，多收元器件費。不同店開價相差懸殊。低開機費，抬高零配件價格。特別是新型家電，如液晶、等離子、數碼相機。利潤高。全面看問題，其實維修人員也有苦衷，很多人說錢不好賺。討價還價，壓價，“電視機那么便宜，維修這么貴！不如買個新的。”“不就是焊一下嘛，一個電阻值幾個錢？”“沒換什么零件，算什么修嘛”。（如孫中山講的“知難行易”故事，知識不值錢）。不懂裝懂，你還沒檢查，他就下結論“一定是哪個電阻電容壞了”，說等于沒說。知道電阻電容不值錢，維修費高不了。也有相反的，首先就想到“是不是顯像管燒了？”一下子直奔最大最貴的。兩個極端。有一記者三次將無故障電視機的保險管換成熔斷的，偽造故障，叫三名維修工來“修”。結果維修費一次比一次高，42、66、120元。于是他寫文章揭露維修行業“黑幕”，其實此人不能算“消費者”。類似例子，記者用茶水冒充尿拿到醫院去，化驗出病來。06/1/1出臺家用電器維修服務明碼標價規定。開機費，修理費，不同等級的店標準不同。有一個社團電子維修學社，維修機會不多，主要是小電器，臺燈、電吹風、隨身聽（高檔的也很難）。培養興趣，學一點電工電子知識，常見家電基本知識，有機會動動手，理論聯系實際，光說不練，不解決問題。有無基礎？中學物理學過多少電的內容？理科多些，文科是否停止于初中？中學搞過課外活動？電子制作，機器人大賽，電子測向？家電興起，有關的新聞報道，轟動一時，或真或假，半真半假，還真不少。有關日常用電、安全用電、節約用電、家用電器的一些媒體報道、傳聞、誤區和陷阱。舉幾個例子，談點個人看法，以后結合具體家電還會再講。四、家電與健康家電日益普及，一些可能的負面影響出現了。人們對健康越來越重視，越來越關注家電對健康的影響。1、電磁輻射、電磁波、電磁場有害健康。典型說法有：“打手機會致癌嗎？”。醫生、記者、防輻射產品生產商說“會”，國際專業研究機構說沒有確鑿的證據表明“打手機會致癌”。是相信個案個例，還是相信大規模對照研究的結果？“小靈通”廣告說“遠離頭暈、失眠、神經衰落，請用小靈通。”“小哥大”是“綠色”的，那“大哥大”？“高壓線電磁輻射、電磁場對健康是否有害”？上海一起居民狀高電力公司高壓線施工案件，原告敗訴。云南大理，一村莊村民阻止高壓線施工，發生沖突，導致停工數月。廈門一村莊將15起非正常死亡事件原因指向當地的高壓線路。17年的爭議得出階段性的結論 17年的爭議、500多項結論各異的研究,最后由美國國家研究理事會的一個專家委員會花費兩年時間得出一個結果:迄今為止的所有研究都(沒有以任何令人信服的方法)證實高壓輸電線路形成的電磁場能影響人體健康。在上海，有人反對磁懸浮列車。聲稱磁浮列車駛過,電磁輻射有害沿線居民健康。上海市環保局局長針對媒體廣泛關心的正處于論證階段的滬杭磁懸浮項目指出，從環保的角度來說，距磁浮線路軌道3米處的電磁輻射殘留非常少，5米以外基本就沒有影響了。但是有人說，“檢測不出電磁輻射不等于沒有影響”。“寧可信其有，不可信其無”， “寧可信其大，不可信其小”，這是實事求是、客觀科學的態度嗎？80年代初，有一種“視保屏”，有機玻璃做的，置于電視機屏幕前，說是防電視機的“X線輻射”。事實上，電視機前幾厘米處的X線強度已接近于零了！2、“雷雨天打手機會引雷擊嗎？”有的記者、醫生、大學教授說“會”。但防雷技術研究人員說“不會”。應該相信誰？手機發射的無線電波是“導電體”嗎？無線電波會使空氣電離引發雷擊嗎？不會。3、“加油站不得打手機”。網上絕大多數消息都說加油站打手機可能引發爆炸事故，但沒有說出根據。國外有人在很苛刻的條件下做模擬實驗卻不會引起爆炸。汽車啟動瞬間時所產生的火花比手機產生的火花要大得多，但有人卻說“加油站畢竟是為汽車服務的，讓大家都把汽車推進加油站是不現實的。” 汽車的火花都不怕，何況手機產生的火花？五、家電與環保“廢電池污染環境”網上充斥著 一粒鈕扣電池可污染60萬升水，等于一個人一生的飲水量；一節一號干電池可使一平方米的耕地永久性的失去使用價值。多系人云亦云。前一句從數量級上就覺得不可思議。有人計算過，紐扣電池中鋅粉的含量平均不足200mg，其中汞的含量約占610（目前含量更低，要求在1以下），以汞的含量為10、既每粒紐扣電池中汞的含量為20mg計算，即使其中的汞元素全部溶于水，60萬升水中汞的增加量也只不過為3.310-5mg/L，低于地表水環境質量標準（GB3838-2002）類水域關于總汞含量510-5mg/L 的標準。 廢電池要不要集中回收？理論上廢電池可以回收利用，但實際上有困難。國家環保總局的廢電池污染防治技術政策規定，在目前條件下，干電池只要符合國家環保指標，均不鼓勵集中回收處理。現在干電池已無汞化，含量0.0001%以下。 “電子垃圾”處理 進口電子垃圾，加工、回收、處理。小作坊嚴重污染環境，危害健康。正規企業吃不飽。六、不實信息與陷阱 “簡易衛星電視接收器”。30元一個盒子，可接收衛星電視，有演示。據說是附近暗藏一個轉發器。“節電器” 網上信息極多，曾見在一地攤上播放錄像，一臺灣口音的人在解釋“節電器”原理，還有測試數據，說節電2030%。先從能量守恒來說，同一電器，相同使用條件，輸出能量不變，輸入能量會變小嗎？有的廣告更干脆，說節電器“可使電表反轉、慢轉、不轉，節電90%以上”，節電還是偷電？怎樣才算“節能家電”？消費者的目的是節省電費。最好是“省電又省錢”，但有時是“省電不省錢”，甚至“不省電又不省錢”。能否“不省電卻省錢”？汽車“電子狗”。電子遙控黑秤。考試作弊工具。七、家電奇聞及其他金字塔中發現4200年前的電視機，據說是外星人帶來的。 （20億年前的核反應堆，史前文明）耐電奇人，觸火線無感覺，是特異功能嗎？ 身上會發“生物電”，治百病。耐電560V，申請基尼斯記錄 謎團： 一座帶電的橋在鐵軌上行走遭電擊家中神秘帶電，一市民感覺家中到處帶電，但太太兒子無感覺家電使用壽命。媒體宣傳，彩電平均壽命810年，說“超期服役”會有什么不良后果。但現實中超過10年，乃至1520年的比比皆是，未見壽命將至之跡象。宣傳未說明（1）“壽命”的含義，（2）810年是如何算出來的，每天用4小時和8小時年限豈不是差一倍？（3）如何判斷壽命將至？誰見過使用10年，不分青紅皂白就一錘匝爛報廢的嗎？國家標準規定顯像管壽命不少于15000小時（上限多少？沒說），每天看4小時，一年約1500小時，10年為15000小時。新型顯像管壽命更長。使用得當，保養的好，及時維修，可延長壽命。個人物品，不可能強制報廢。自覺報廢，應正確判斷已衰老，否則誰會把能用之物丟棄？收廢品的會測試是否衰老（方法簡便），還可用的組裝成“新”電視，除彩管外，其余皆為新，用幾年還是可以的，有一定市場。已衰老的他不收購。 課程內容：一上課1預備知識：電工電子基礎知識電工電子元器件，如電子管、品體管、電阻、電容、電感基本知識、發展歷史等。2典型家電原理介紹：照明、電熱、收音機、彩色電視機、冰箱、空調等。發展歷史等。3安全用電。穿插講一些媒體報道的熱點問題，正確認識真偽。二動手實踐組裝6管超外差收音機一臺。第二講 電工學基本知識一電路概念維修家電常常要找資料，找“電路圖”。那什么是“電路”？電路的定義，電流的通路，電流流經的路徑。電路由三部分組成：電源（信號源）、中間環節、負載。中間環節也有說成“導線、開關”的、不全正確。簡單電路由：電源、導線、負載組成。復雜電路中間環節很復雜。電路的作用有兩類。強電起電能的傳輸和轉換作用。例，供電電路。發電（機械能電能），變壓器升壓，電能輸送，變壓器降壓，負載如照明燈、電動機（電能光能、機械能）弱電起信號的傳遞和處理作用。例，道路上各種穽蓋上的標記。電力（強電）、弱電、電信等。實物圖實際電子元器件連接而成，復雜時看不清楚。電路圖電原理圖，由電路元器件符號畫成的。圖形符號、文字符號有國家標準，電阻、電容、電感、二三極 集成電路、開關、變壓器等符號；中、外符號不同。例：電阻國內： 國外：圖形符號、文字符號舉例。電阻R 電容C 電感L百方針 電源E單刀開關 SW雙刀開關 SW選擇開關 三刀開關 SW導線交叉不連接導線交叉相連接三極管T二極管D220VM馬達電熱絲3 關1231 熱風2 冷風電路圖例子：電吹風常見故障，開關接觸不良。二電路的基本物理量電流：單位時間通過某一截面的電荷量。 A，mA；電壓：單位正電荷從電場A點移動到B點所作的功，為AB間的電壓。V、mV、KV；電動勢：電源力所作的功，指電源內部。三電路的基本定律歐姆定律：歐姆研究七年，1826年發表此定律。符合此定律的電阻為線性電阻，白熾燈的燈絲不符合此定律，溫度越高，電阻越大，為非線性電阻。I = U/R ，流過電阻的電流與其兩端的電壓成正比關系。全電路歐姆定律：I = E/（R+r） E為電源電動勢，r為電源內阻。堿性電池的內阻小與普通干電池，適用于大電流放電。蓄電池內阻遠遠小于普通電池，適用于更大電流放電，如啟動汽車摩托車。問題：8個干干電池12V，能代替12V的蓄電池來起動汽車嗎？電功率和電能：P =UI = I2R ，W、 KW、 W = I2Rt ,。單位焦耳、千瓦時、KWh，原稱“度”，非標準單位。電能計量用電能表，俗稱電度表。有容量限制，電流安培數。一個用電故事：一個月用電超電能表量程，從00000重新開始計量，有可能嗎？四電路的狀態1 有載，通路狀態 負載與電源接通，用電設備工作的狀態。2 電源短路、局部短路。電源短路電流很大，家用電路現常用自動空氣斷路器（空氣開關）來保護。家電里用熔斷器（保險絲）。燒保險絲有多種原因，如：電路存在短路，電流過大，保險絲燒得一絲不剩，更換后仍燒；電路正常，保險絲老化，自然損壞，保險絲燒斷，一絲尚存，更換后恢復正常。保險絲更換不當，隨意加大容量，1A，2A，5A，最后保險絲不燒，電路板燒毀，故障擴大。有時保險絲質量低劣，換后又燒。熔絲特性。熔（保險）絲的額定電流IN，熔斷電流（2倍IN），最多2分鐘熔斷，1倍多IN的熔斷時間？見表。延時型熔絲。彩電開機瞬間大電流，運行小電流。保險絲成分為鉛錫合金，能否用銅絲代？有條件可以代，應急修理常用。保險絲正常工作電流：在25條件下運行，熔絲的電流額定值通常要減少25%以避免干擾熔斷。例如，一個電流額定值為10A的熔絲通常不推薦在25環境溫度下在大于7.5A的電流下操作。額定值的百公比熔斷時間110%4小時最小135%60分鐘最大200%2分鐘最大保險絲作用：短路保護，非過載（超負荷）保護。超35%，最長60分鐘熔斷。電器事故（如電機燒毀、火災）可能已發生。電源線短路，電器會損壞嗎？電器火災常由電線“短路”引起，保險絲為何不熔斷？空氣開關為何不跳閘？“據失火這家四歲女兒說，當時，她的媽媽上廁所去了，只有她和兩個月大的弟弟在家。突然家里的電燈啪的一聲，就爆炸了，緊跟著電線就開始著火。被嚇傻的她立即跑到不遠的奶奶家。”媒體報道電氣事故使用“短路”一詞，常有誤。短路會引起電壓升高損壞電器嗎？一報道說“用戶超負荷用電產生短路，導致電壓異常，電器老被燒壞”。短路會使空氣開關跳閘，斷開電源。超負荷用電（過載），電壓只會降低，電器怎么會燒壞？報道還說“日光燈一閃一閃的”，這是電壓低的現象。短路不是超負荷用電引起的。全電路歐姆定律：U=E-Ir 。超負荷用電，I增，U降。家電中元器件擊穿造成短路。原因有：（1）元器件老化，質量低劣不符規定要求的；（2）電路故障引起元器件擊穿，更換后故障仍在。易擊穿的元器件有二三極管、電容器、集成電路，但不要輕易懷疑集成電路，換起來麻煩。3 電源開（斷）路，局部開路。電源開（斷）路，如保險絲熔斷，電器端電壓為零，不工作（不工作不等于損壞）。 家電上常見局部開路。一是元器件內部開路。在高壓或大電流狀態下工作的電阻易變質，阻值變大，甚至開路，外表發黑。也有外表完好看不出的。二是電路板虛焊。焊錫太少，強度不夠，熱脹冷縮引起。似通非通，敲一敲，拍一拍，又正常了，沒規律。查起來很難，一把烙鐵修電視機，看似簡單其實難，外行人以為一舉手之勞。根據經驗判斷可能的故障范圍，把此范圍內的焊點全部重焊一遍。也可能是電路板銅箔開裂。 4額定值家用電器銘牌上標明的使用電壓、頻率、功率等指標即額定值。額定值是使產品能在給定的工作條件下正常運行而規定的正常容許值，是綜合考慮了安全、可靠、使用壽命、制造成本等因素制定的。額定值定得過低，成本高，浪費；過高，不可靠，安全隱患，偽劣產品常這樣做。滿載：實際電壓、電流、功率等于額定值，正常使用；汽車載重比方。過（超）載：實際電壓、電流、功率大等額定值，壽命大大縮短； 輕載：實際電壓、電流、功率小等額定值，壽命可延長。講一下節電問題，還有所謂“節電器”。何為“節電”？在相同的效果下，采用節能電器，少耗電，如同亮度的節能燈耗電為白熾燈的1/5。所謂“節電器”據說會使電度表走得慢。40W，220V燈，通電25小時消耗1KWh（度）電能；并上一個節電器，電壓、時間不變，會變成0.8KWh？還有0.2KWh到哪去了？人為使電表走慢，不用說做得到做不到，真的做到了，是節電還是偷電？降低電器的使用電壓能否節電？有一個白熾燈的例子。220V60W的白熾燈接到110V電源上，功率為幾W？能否節電？所謂燈泡節電，是在相同的發光亮度下，耗電較少，才叫節電（能）。220V60W的白熾燈接到110V上，理論計算其功率為15W。這是中學物理的老題目，其實是錯誤的。由于燈絲電阻是非線性的。電壓高，功率大，溫度高，電阻大；反之電阻小。60W燈在110V下的電阻要比220V下的電阻小，故功率應大于15W，實際測量大約為1820W。測試表明，降壓使用的220V60W燈比220V15W燈要暗，不節電。但壽命可延長，節省燈泡消耗，對徹夜長明燈有利。據說美國有一盞白熾燈已連續亮了96年，估計是在低壓下點亮的。 在美國得克薩斯州古老的沃爾夫斯堡歌劇院，一只于1908年9月21日點亮得普通燈泡，直到2004年9月21日才被請下了燈座，人們舉行集會慶祝這只長壽的燈泡，該地區也因為這只燈泡而遠近聞名。 五、電與磁1電與磁不可分有電路，又有磁路。變壓器、電感器，電動機中有電路又有磁路。通過磁來傳遞能量。電能電能：變壓器，電磁電；電能機械能：電動機，電磁機械。磁場與電場有相似之處，電力線，磁力線，磁力線從NS（磁力內部是SN），有單極性電荷（+、-）但無單N、S磁體。磁路，磁力線在鐵心中形成閉合的路徑。鐵心由磁性材料制成，能集中磁力線。磁阻（類比電阻）：磁性材料能集中磁力線，磁阻小；非磁性材料，不集中磁力線，磁阻很大。類比導體和絕緣體。磁性材料：鐵族元素及其合金、氧化物，可被磁鐵吸引；非磁性材料：非金屬、塑料、木材、銅、鋁等，不被磁鐵吸引。有報道說，一男子“身如磁鐵，可吸引任何東西”，此話正確否？“怪坡”有可能是磁鐵礦山嗎？2、電磁關系的發現19世紀初，科學家大都相信電與磁毫不相干，沒有什么關系。1820年，丹麥的奧斯特，發現通電導線周圍產生磁場，小磁針偏轉，用右手定則判斷。“電生磁”現象。長期以來，磁現象與電現象是被分別進行研究的，特別是吉爾伯特對磁現象與電現象進行深入分析對比后斷言電與磁是兩種截然不同的現象，沒有什么一致性。之后，許多科學家都認為電與磁沒有什么聯系，連庫侖也曾斷言，電與磁是兩種完全不同的實體，它們不可能相互作用或轉化。但是電與磁是否有一定的聯系的疑問一直縈繞在一些有志探索的科學家的心頭。)1820年春，奧斯特安排了一個實驗，讓電流通過一很細的鉑絲，把一個帶玻璃罩的指南針放在鉑絲下面，實驗沒有取得明顯的效果。1820年4月的一天晚上，奧斯特在講課中突然出現了一個想法，講課快結束時，他說：讓我把導線與磁針平行放置來試試看。當他接通電源時，他發現小磁針微微動了一下英國法拉第貢獻很大。法拉第是書籍裝訂工出身，文化不高。自薦到戴維（院士）手下當助手，1812年當助手（21歲），1824年當選皇家科學院院士，但戴維反對他當選。電工技術初創時期，理論尚少，（歐姆定律是1826年發表的），是實驗性科學，是實驗家的天地。后來還有一個報童出身的愛迪生。安培發現磁場對通電導體有作用力。左手定則。英華拉斯頓，想到讓電成為動力，即電動機，不成功，不久后放棄。法拉第不放棄，1821年9月3日,第一臺電動機誕生。反過來，“磁生電”行否？電能原由化學電池產生，意大利的伏打發明電池，稱伏打電池，因成本等問題不可能廣泛用作動力。法拉第1821-1831實驗十余年。傳說一次他生氣地把線圈扔進線圈里，檢流計居然動了，磁鐵抽出，又動了一次。是真的嗎？電磁感應現象被發現了！是偶然的嗎？法拉第第一次實驗法拉第第一次實驗是一個變化的電流產生另一個變化的電流。后又繼續，共做了五類：變化著的電流、變化著的磁場、運動的磁場、運動的恒定電流、在磁場中運動的導體。最后在1851年總結出電磁感應定律。瑞士科學家科拉頓也在做，未成功。據說是線圈、磁鐵在一個房間，檢流計放在另一房間。導體與磁場有相對運動，線圈中磁力有變化才產生感應電動勢和感應電流這就是發電機原理。準確的說是“動磁生電”，靜止狀態不生電。法拉第定律判斷電磁感應的大小：磁力線（磁通）的變化率越大，感應電動式E越大,磁鐵插入拔出越快，E越大；若磁鐵不動，磁通再大也不產生感應電動勢。美國人約瑟夫亨利發現自感現象。據說他比法拉第早一年發現電磁感應現象，但未發表。焦耳楞次定律解決感應電動的勢方向問題：電磁感應產生的電流也會產生磁場（右手定則），其方向是要阻礙外界磁場的變化。外磁場增大時阻礙其增大，減小時阻礙其減小。磁鐵插入拔出時電流方向不同。線圈有對抗變化磁場的作用，稱為自感現象。自感系數L單位亨利。線圈加變化電壓uL變化電流iL變化磁場感應電流感應電流的磁場阻礙線圈電流的變化，故iL的變化滯后于uL的變化；而電阻的電壓、電流的變化是同步的。自感系數L即線圈電感量的大小。自感系數L越大，電流的變化率越大，感應電動式E越大。電容器，當外加電壓變化時，其充（放）電電流變化超前于電壓。六直流電和交流電直流電是大小方向都不隨時間而變的電流。重點講交流電。正弦交流簡稱交流電。1 交流電的三要素 交流電的表達式 i（1） 頻率、周期；其中T 周期（S），f 頻率（Hz、KHz、MHz）=2f 角頻率，弧度/S，正弦每變化一次2弧度。工頻 50-60HZ 音頻 20HZ-20KHZ，人耳對高低音不敏感，對1KHZ的頻率最敏感。兒童比成人對高音更敏感， 手機鈴聲小孩聽得到，老師聽不到。低頻（LF）30-300KHZ中頻（MF）300-3000KHZ高頻(HF) 3-30MHZ基高頻(VHF)30-300MHZ特高頻（UHF）300-3000MHZ（2） 幅值、有效值幅值即最大值、峰值。上式中的Um ，一個周期內兩次最大。有效值是以電流熱效應衡量交流電做功能力。與直流電進行對比。以U表示。U、Um關系為Um = 1.41U 。日常用電U =220V，Um310V .交流電中元器件的耐壓應按Um來選擇，如電風扇的啟動電容，耐壓250VAC可以，250VDC則不可。（3） 初相位計時起點選擇不同， 相位角也不同。兩個同頻率正弦交流信號比較其相位有：超前、滯后、同向、反相等關系。人耳對頻率敏感；眼對相位敏感，電視信號中有復雜的相位關系。2 交流電路中的電感和電容電感加交流電壓uL,產生同頻率的交流電流iL ,但iL的變化滯后于uL。 電感對交流電有阻礙作用，稱為感抗XL ，其大小為XL =2fL，單位歐姆，f是電流的頻率，L為電感系數。直流時f =0，XL =0，電感對直流電無阻礙作用，但實際電感器是導線繞的，還有導線的電阻。所以在直流電路中，電感看成短路，但當電感接通或斷開直流，電感有作用，會產生感應電動勢。電容加交流電壓uC ，產生同頻率交流電流ic ，但ic 的變化超前于uC 。電容對交流電有阻礙作用，稱為容抗XC，其大小為XC= 1/2fC ，單位歐姆。在直流電路中f =0，XC，相當于開路。但當電容接通或斷開直流電時，有充放電作用，電路中有電流，此電流并不“通過”電容（電容兩極板之間是絕緣的，電子是通不過的），稱為位移電流。用指針式萬用電歐姆檔測試電容（電容量較大，在1F 以上較明顯），可見指針擺一下又回位，反接表筆，又見指針擺一下，角度更大，再回位。即電容充放電現象。 XL與XC 總稱電抗。R、L、C串聯，總稱阻抗Z，其大小為（歐姆）不等于R+ XL+ XC。在直流電路中串聯總電壓=各部分電壓之和。在交流電路中串聯總電壓 各部分電壓之和。UUR+UL+Uc。部分電壓有可能總電壓。可能有UL（或Uc）U。由此可見，交流電路的分析計算比直流電路復雜得多。諧振現象。力學有共振現象，電學有諧振現象。共振是當系統固有頻率等于外力頻率時產生的，其振幅達到最大。諧振是電路固有頻率與電源頻率一致時產生的，其電流達到最大。就R、L、C串聯電路而言，當電源頻率即電路的固有頻率時，產生諧振。這時Z最小，電流最大，UL= UcU ，可達到電源電壓的幾十幾百倍。無線電技術中作用于調諧，收音機中選擇電臺。馬可尼（意大利）在一百年前發現了調諧技術，提高了無線電接收的性能。如收音機收到三個電臺信號，頻率為f1、f2、f3。現調節C（可變電容器）使諧振頻率，即突出了f1的信號強度，抑制了f2、f3，于是就收到f1臺，提高選擇性和靈敏性。 交流電的功率直流 P=UI=I2R 交流 220V40W電感鎮流日光燈，電流I=0.36A，PUI，P=UICOS，為u，I的相位差，含電感器、電容器的交流電路，u、I間有相位差，COS稱為功率因數，COS1。 此處COS=0.5，P為有功功率，電度表計量有功功率W=PT。L、C為儲能元件，理論上不耗能，電度表計量不出。有關“節電器”“節電”的解釋。所謂的“節電器”就是電容器。ICI1I日光燈220V功率因數低有何害處。P=UICOS，當P一定，COS，I，線路損失U=Ir也。商家現場演示，在沒接節電器之前，電流表顯示兩盞日光燈的電流是0.5安，接上“節電器”后，電流表顯示電流只有0.25安了，說：“因為P=UI，節電50%”，果真如此？并上電容器，提高功率因數，P=UICOS，COS，I，但日光燈電流I1不變，P不變，如果接的是電能表，電能表不可能轉慢。如果電流表接在日光燈這邊，讀數仍為0.5安，不可能變小。作用也有一點，減少線路損失U=Ir ，但有限。如果日光燈換成白熾燈或熱水器一類電阻性負載，則I反而增大，就露餡了。白熾燈220V電能表隱藏部分一種是將單相無功電能表的銘牌更換成有功電能表的銘牌，“節電器”只是一個電容對無功電表做出無功補償，使電能表慢轉，對居民家中所使用的有功電能表一點作用沒有。另一種則是在電能表接線上動了手腳，未接“節電器”時電能表計量的是燈泡并接一個電阻（該電阻隱蔽看不見），當插上“節電器”后暗藏的開關斷開這個電阻，電能表當然會轉慢。已經是欺詐行為了。I1三相交流電三火線，一零線，火線間電壓叫線電壓，380V；火零間電壓為相電壓，220V。零線接地，與大地等電位，不帶電，火線帶電。站在地上碰火線會觸電。工廠用三相電，大功率電器用三相。家用單相，一火線，一零線。不同樓層接不同相，總體也是三相，盡量分配均勻，但不可能做到對稱。零線（干線）中斷，引起相電壓失衡，有的升高，有的降低，造成事故。有報道，“小偷盜割電線燒壞居民眾多家電”，說“導致整棟樓的線路電壓升高，多數居民家的電器被毀”，必定還有另一樓電壓過低。“架設在樓外的4根電線中的2根零線被人剪去了”，“2”根肯定有誤。停電檢修后電壓上升，誤接兩火線，時有發生，造成用電器大面積損壞。若系供電失誤，造成電器損壞，供電局應賠償。一報道說“搶修人員說，零線斷了，供電線路形成回路，電壓就會瞬間從伏升至伏。”不確。 零線斷了，除非有一相短路，另二相才會升至伏。“突然來電時電燈很亮，然后在很短的時間內就發生了爆炸，結果燈泡的碎片飛得到處都是，” 供電電壓升高主要因為：（1）誤接兩火線，有這方面的報道；（2）零線（干線）中斷。（3）其他偶然原因，雷擊瞬間，10千伏高壓線搭上220伏民用電線。 3為什么要使用正弦交流電 （1）容易升降電壓遠距離輸電要用高電壓、小電流、降低線路損耗，交流易升壓，直流不易。有時要用低壓也方便。 （2）變化平滑不會引起過電壓 正弦函數的導數值最大為1最大的d（sint）/dt =1，導數就是變化率。變化的電流加到電感上會產生感應電壓，大小為 ，若L很大，則UL很大。如這樣一個波形的電流： 在電流直上直下變化的瞬變化率極大，UL 也極大，會產生危害（但也可用于產生高壓）。4、歷史上的電流大戰發明白熾燈的愛迪生反對使用交流電。愛迪生不僅是個發明家，還是企業（資本）家，他創立了通用電氣公司。發明白熾燈，還建造了從發電到輸電、供電、配電一整套系統，但都是直流的。直流輸電，距離受到限制，遠距離線損增大。當時另一位發明家兼企業家喬治威斯汀豪斯，設立交流供電系統，成本低于直流，利潤高、客戶多；愛迪生已損巨資，利益受損，二人爆發了一場“電流大戰”。愛迪生利用人們對交流電的恐懼，當場演示交流電電死小動物，發明電椅，處決死刑犯，使用威斯汀豪斯公司的交流發電機。出版當心!一書來攻擊對方。后來還是失敗，退出通用公司的經營。這是他一生中的最大錯誤，一是科學上錯了，二是競爭手段錯了。 著名電學家特斯拉幫助威斯汀豪斯取得成功。第三講 電子元器件基本知識電子元件發展經歷了四個階段（代）：電子管、晶體管、集成電路、大規模集成電路。簡單介紹發展進程及應用。一、 電子管（真空管）1883年，愛迪生為延長白熾燈的壽命，在實驗室無意中發現了熱電子發射現象和二極管的單向導電現象，稱為愛迪生效應。但他未認識到重要性。時無線電尚未發明。1903年，英國理查遜證實了電子的存在，1928年獲諾貝爾獎。1904年，英國弗來明，發明真空二極管。有放大作用。在陰、陽極之間加入一個柵極，當柵極電壓有微小變化時，引起陽極較大的變化。“以小控大”，就是放大。結構為圓筒狀。作用如“閘門”。初期，他被人當成騙子告上法庭。他說，歷史必將證明，我發明了空中王國的王冠。后無罪釋放。美國譽為“無線電之父”。電子管發明初期，因真空度不夠高，壽命短。后來（1910）德國的哥德發明了抽高真空的分子泵，提高了真空度。從三極管發展到四、五、六、七、八極管。從單一管到復合管，雙二極、雙三極、三-七極，二-五極管。在一個玻殼內裝兩個電子管。電子管的弱點：體積大、重量大、耗電大，發熱多，壽命短，幾千小時1-2萬小時。B29轟炸機上儀器裝1千只電子管、1萬多個無線電元件。1950S1960S逐漸被晶體管替代。但在高頻、大功率場合仍有應用。近年又“復活”，在高級音響中，被認為音質優于晶體管。二極電子管原理愛迪生效應陽極柵極陰極燈絲二、半導體晶體管半導體材料單向導電現象的發現。1835年，麥克思發現“不對稱導電現象”。1874年，布拉溫，硫化物有單向導電現象。1880年，硒整流器。硒（Se）也是半導體。后來發現更多天然或人制礦物有單向導電性。1906年前后，輝鉛礦或金剛砂；晶體加金屬絲成二極管，用作檢波，接觸點常調整，找“靈敏點”。性能不如真空二極管，業余愛好者用于礦石收音機無電源收音機，做檢波器。1940年，人工純鍺、硅晶體出現，晶體二極管應用。依靠提純技術的發展。真空二極管加第三極（柵極），有放大作用，半導體怎么加第三極？1945年開始，貝爾實驗室，攻關小組。肖克萊（組長）、巴丁、布拉頓。各有所長。肖：理論。巴丁：理論+實踐。布拉頓：實驗。1947.12.23發現三極管放大作用（圖），I1小變化引起I2大變化。1948年專利，1956年諾貝爾獎。1952年，區域提純法，進一步提純半導體、單晶體。點接觸型。面接觸型。1959發明平面工藝。美仙董公司，赫爾尼。晶體片表面進行加工集成電路工藝的前身。微小型化的過程。早期電極幾個mm，后縮至0.30.5mm，結面積0.070.2 mm2 。實際上PN結直徑只要幾十個m。照相，制板，光刻，印刷工藝。1950年芯片2.5mm2/個，到1963年，同面積上可制作125個管。線寬20-30 m。1950S電子管與晶體管競爭。電子管小型化，最小如鉛筆粗。60年代晶體管全面取代電子管。（除微波、大功率場合）。蘇前期忽視半導體，當鍺發展為硅，又忽視硅。造成其電子、半導體、計算機技術長期落后，產品“傻、大、粗、笨。”中國起步晚十年左右。50年電子管。60年半導體。50年電子管計算機。70年大上半導體、全面開花，到處拉單晶，后又下馬。Ge活動探針50m固定探針BEC第1只晶體管示意圖增益KV=100第1只晶體管 半導體的特點是對溫度敏感，性能影響大。鍺半導體極限工作溫度75OC，鍺半導體極限工作溫度160OC。二極管、三極管的應用：1 二極管（1）整流低頻，檢波高頻，開關作用導電開關接通，不導電開關斷電。特性，單向導電性。整流前整流后i（2）特殊二極管：穩壓二極管：有穩定電壓的作用；發光二極管LED：作指示燈，未來的照明光源；光敏二極管：光照敏感，電阻變小，電流變大，有可見，紅外光敏，用作遙控、檢測信號；激光二極管：發射激光，CD、VCD、DVD、CDROM讀寫激光頭。2三極管（1）放大：IB小變化，引起IC大變化。放大作用、控制作用。以小控大。放大系數小信號放大：中頻、高頻、低頻信號放大；大信號放大：功率放大，音響輸出；i（2）振蕩：產生各種頻率的正弦波信號，收音機、電視機的變頻。作信號源，測試儀器用。LC振蕩器，RC振蕩器。（3）開關作用 三種工作狀態：放大 截止開關斷開，飽和開關接通（4）分類：低頻三極管。高頻三極管，開關三極管；小功率三極管，大功率三極管。晶閘管，又稱可控硅，用于交、直流電壓調節。三集成電路（IC）50年后期。晶體管雖小，但數量多，體積、重量也顯大了，計算機上百萬個晶體管，體積仍很大。接線多，可靠性下降。管芯有效面積僅幾十m2，但芯片面積0.5mm2，芯片只占0.03mm，其余為引線、支架、管殼、低座。1960年的一臺通用計算機，用了10萬只二極管和2.5萬只晶體管。1952年，英國的達默提出集成化即無接線固體器件的設想，當時技術條件限制，做不到。1958年9月，美德克薩斯儀器公司（TXAS）工程師杰克基爾比（Jack kilby）在他人去度假時留守車間時，發明了集成電路，第一個IC是安置在鍺晶片上的電路相移振蕩器。面積7/161/16英寸2個晶體管及2個電容、8個電阻。幾乎同時，仙董公司（硅谷）的諾伊斯也試制硅晶片集成電路，采用平面工藝。但申請專利遲基爾比幾個月。專利權判給基爾比。2000年，基爾比退體多年后，獲諾貝爾獎。事實上，以后的IC都是用硅平面工藝制成的。集成電路制造的可能性。二、三極管均有PN結；電阻雜質半導體具有一定電阻；電容利用PN結的電容效應，但容量有限；這樣晶體管、電阻、電容都用同一種半導體材料制成。IC的第一個商品是助聽器，1963年12月。 1961年，第一臺用IC的實驗性計算機，587塊IC，285克，體積小于100cm3，功率16W。第1塊集成電路四 大規模，超大規模集成電路 1960年代平面工藝。1970年，通用微電子與通用儀器公司，開發MOS集成電路。（MOS金屬，氧化物，半導體。）集成度高，低功耗，制作簡單，成為IC發展方向。1965年 莫爾（Gordon Moore）發表了一篇不起眼的文章往集成電路里塞進更多元件，總結出“莫爾定律”，每18個月2年集成度提高一倍。 1971年11月，第一個微處理器（CPU）Intel 4004，含3300個晶體管，1990年。奔騰CPU，含14萬以上。半導體存儲器的進展：1965，施密特，MOS、ROM、存儲器1963INTEL公司，256位1970， 1K位1974，4K位，（10m）1976，16K位，（5m）1979，64K位，（3m）1983，256K位，（1.5m）1986，1M位，（1.2m）1989，4M位，（0.8m）1998，256M位，（0.25m）2001，十億位（1000M）2010，64GB（理論極限256GB）。CPU速度2000億次。集成讀100億/片（1010，理論上1012。10cm2。）1962年 12個元件的集成塊1965年初100個元件的集成塊 （SSI小規模集成電路）1965年底 100-1000個 （MSI中規模集成電路）；1971年 1000-10萬個 （ LSI大規模集成電路）1978年10萬-100萬個/30mm2 （VSLI超大規模集成電路） 90年代 1億個以上 （ULSI極大規模集成電路）；20世紀末 突破10億個 （GLSI巨大規模集成電路）。1K=1024=210；1M=1024K=220 =1048576；1G=1024M=230=1073741824；1T=1024G=240第四講 其他電子元件器 介紹電阻器、電容器、電感器件知識一電阻器 可分為固定電阻，可變電阻。特殊電阻。按電阻材料可分為碳膜、金屬膜、線繞式。符號。1固定電阻 早期電阻為實心碳質電阻，石墨與粘土按一定比例混合燒結而成，穩定性差，噪聲大， 溫度系數大，基本上淘汰。（1）碳膜電阻 高溫結晶碳沉積在陶瓷器骨架上而成。穩定性較高。噪聲也較低。（2）金屬膜電阻 合金材料蒸鍍在陶瓷管上。噪聲低、耐高溫、體積小、穩定性好、精密度高。（3）線繞電阻 用高電阻率、低溫度系數合金絲如錳銅、康銅絲繞制。穩定，耐熱，誤差小，功率大。2可變電阻 （1）電位器 改變滑動觸頭的位置，可改變電壓、電位的高低。有碳膜、線繞（可旋轉270角）多圈（可旋轉10圈）等形式。應用：收音機調節音量大小。 （2） 可調電阻 有碳膜、實心、線繞等形式。一次性調整用。如在晶體管電路中調節工作電流，電視機中調節光柵幅度等。3特殊電阻 （1） 熱敏電阻 NTC負向溫度系數電阻，TR，用作溫度補償、測量、調節。PTC正向溫度系數電阻，TR，用作保護、溫度控制。用于電熱器及彩色電視消磁。（2） 保險電阻 類似保險絲，電流過大或過熱時，熔斷。 溫度保險電阻，溫度過高時熔斷，用于電熱器。（3） 壓敏電阻 電壓超過一定值時，阻值變小，作過電壓時保護電器設備。4電阻表示法 （1） 有效數字加倍數 有效數字2-3位。如203=20103 =20K 4501=450101 =4500 =4.5K；(2)直標法 直接在電阻上寫上阻值和誤差。（3）色標（環）法 普通電阻，四環；2位有效數字、1位倍率、1位誤差；精密電阻，五環；3位有效數字、1位倍率，1位誤差。有效數字表示：黑0，棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍6，7，灰8，白9。 誤差表示： 棕 1%，紅 2%，綠 0.5%，藍 0.25%， 0.1%，金 5%，銀 10%，無色 20%，倍率表示：黑白100 109，金色10-1 ，銀色10-2 。例1：紅紅棕金：22*101 =2205%；例2：紅紅金金：22*10-1 =2.25%。例3：黃黑蘭紅綠：406*10210% =40.6K1%紅2，黑0，橙=3，誤差棕1%，于是，阻值2001000200K（誤差1）二電容器存儲電荷。儲能元件，（電阻為耗能元件），理論上不耗能。充電、放電現象。符號：1按形式分 固定電容器，可變電容器，半可變電容器2按介質可分有機介質：紙介、滌綸，聚苯乙烯，聚酯，無機介質：陶瓷，云母，玻璃，電解質：鋁電解，鉭電解（有極性）氣體：空氣，真空。3 用途云母、瓷介：耐高溫，穩定性好，漏電小，用于高頻；紙介：價低，損耗大，體積大，用于低頻，工頻；聚苯乙烯：漏電小，穩定、精度高，用于高頻；滌綸：體積小，容量大，穩定，用于 路；電解電容：容量大，有極性，漏電大，作電源濾波用；可變電容：有空氣介質，有機介質，單連、雙連，用于電容量連續調節，如收音機調電臺；半可變電容：介質有云母、陶瓷，微調電容量用；4 性質充、放電。對交流有阻礙作用。容抗Xc=1/2fC ,fXc;f =0, XC =；有“隔直，通交”作用，“通交”指Xc相對小。5應用 （1）偶合交流信號；（2）濾波：除去交流成分，或高頻信號，如整流濾波、 波；（3）傍路作用；（濾波的另一種說法）（4）諧振：與電感構成LC諧振電路；（5）降壓：用電器串一適當電容接電源，可降壓；（6）延時控制：充放電需時間。“傍路”的意思是交流（或高頻）成分從電容走“傍邊一路”