1、1初級維修電工初級維修電工衛智敏衛智敏 主編主編電工電子技術上海石化工業學校2第一單元 直流電路第二節第二節 歐姆定律歐姆定律第三節第三節 電阻的串聯電阻的串聯第四節第四節 電功與電功率電功與電功率第五節第五節 基爾霍夫定律基爾霍夫定律13456第六節第六節 電位及電位的計算電位及電位的計算 第七節 電容器 7 第一節 電路及基本物理量231.1 電路u觀察與思考觀察與思考圖圖1.1 手電筒的結構與電路圖手電筒的結構與電路圖圖2.1 實際電路41.1 電路u觀察圖觀察圖1.1可以得到以下結論可以得到以下結論電流所流過的路徑稱為電路。電流所流過的路徑稱為電路。它是為了某種需要由電工設備或它是為了

2、某種需要由電工設備或元件按一定方式組合起來的元件按一定方式組合起來的。電路的基本組成包括：電源、負載、導線及開關。電路的基本組成包括：電源、負載、導線及開關。電源：將非電能形態的能量轉換成電能的供電設備。如發電機、電源：將非電能形態的能量轉換成電能的供電設備。如發電機、電池等。電池等。負載：將電能轉換成非電能形態能量的用電設備。如電動機、負載：將電能轉換成非電能形態能量的用電設備。如電動機、照明燈等。照明燈等。連接導線：傳遞信號、傳輸電能。連接導線：傳遞信號、傳輸電能。實際應用中，電路還必須有一些輔助設備，如控制電路通、斷的實際應用中，電路還必須有一些輔助設備，如控制電路通、斷的開關及保障安全

3、用電的熔斷器等。開關及保障安全用電的熔斷器等。5電路u電路的三種狀態u 1通路 u 通路是指正常工作狀態下的閉合電路。此時，開關閉合，電路中有電流流過，負載能正常工作。u 2開路u 開路，又叫斷路，是指電源與負載之間未接成閉合電路，即電路中有一處或多處是斷開的。此時，電路中沒有電流通過。開關處于斷開狀態時，電路是正常開路；但開關處于閉合狀態時，電路仍然開路則表明電路已出故障，則需要檢測維修了。u 3短路u 短路是指電源不經負載直接被導線相連。此時，電源提供的電流比正常通路時的電流大許多倍，嚴重時會燒毀電源和電氣設備。因此在電路中不允許無故短路，特別不允許電源短路。電路短路的保護裝置是熔斷器或自

4、動跳路開關。 6電路u電路的三種狀態圖2.2 電路的三種工作狀態7電路u電路圖u 任何電路都可用電路圖來表示。為了方便起見，用國家標準統一規定的圖形符號來代替實物，以此表示電路的各個組成部分。常用的電路元、器件圖形符號見下表。 電路圖中部分常用的圖形符號表電路圖中部分常用的圖形符號表81.1 電路u電路圖中幾種常見器件的圖形符號及文字符號電路圖中幾種常見器件的圖形符號及文字符號9 電路的常用基本物理量u 物理學中我們用溫度描述天氣冷熱，用速度描述物體運動快慢。那么在電路中又用哪些物理量來描述它的工作狀態呢？u 一、電流u 1導體和絕緣體u 各種物質按導電的性質可分為：導體、半導體和絕緣體。u

5、在導體中，一些電子擺脫了原子的束縛后就成為可流動的自由電子。自由電子在整個物質中從一個原子流向另一個原子，所以導體就可以導電。如：金屬中的銀、銅、鋁、鐵等。除此之外，電解液中的正、負離子也是可流動的帶電粒子，因此酸及鹽溶液等許多液體也能導電。u 在絕緣體中，沒有自由電子，所有電子都被固定在它們的原子中，所以絕緣體不能導電。如：玻璃、瓷器和云母等。101.2 電路的常用基本物理量u1.2.1電流電流電流的定義：電流的定義：電路中帶電粒子有規則地定向移動形成電流。電路中帶電粒子有規則地定向移動形成電流。電解液中的正、負離子電解液中的正、負離子( (正、負電荷正、負電荷) )帶電粒子帶電粒子金屬導體

6、中的自由電子金屬導體中的自由電子( (負電荷負電荷) )規定正電荷移動的方向為電流的實際方向。規定正電荷移動的方向為電流的實際方向。111.2 電路的常用基本物理量u1.2.1電流電流電流的實際方向有時難以確定，為此可以預先假定一個電流方向，電流的實際方向有時難以確定，為此可以預先假定一個電流方向，稱為參考方向，在電路中用箭頭標出。求解電路時應根據假定的電稱為參考方向，在電路中用箭頭標出。求解電路時應根據假定的電流參考方向進行。如果流參考方向進行。如果電流值為正，表示電流的實際方向與參考方電流值為正，表示電流的實際方向與參考方向一致；如果電流值為負，表示實際方向與參考方向相反，向一致；如果電流

7、值為負，表示實際方向與參考方向相反，如圖如圖1.2所示。所示。 電路圖中標注的電流方向通常都是參考方向，參考方向可以任意規定。電路圖中標注的電流方向通常都是參考方向，參考方向可以任意規定。圖圖1.2 電流的方向電流的方向121.2 電路的常用基本物理量u1.2.1電流電流電流電流既是一種物理現象，又是一種表示帶電粒子定向運既是一種物理現象，又是一種表示帶電粒子定向運動動強弱強弱的物理量。的物理量。電流的大小等于通過導體橫截面積的電荷量與通過這電流的大小等于通過導體橫截面積的電荷量與通過這些電荷量所用時間的比值。些電荷量所用時間的比值。tQI 電流的單位是電流的單位是安安( (A) )；毫安；毫

8、安( (mA) )、微安、微安( ( A) )1 A = 103 mA = 106 A131.2 電路的常用基本物理量u1.2.1電流電流電流對負載的作用和效應如表電流對負載的作用和效應如表1.2所示所示141.2 電路的常用基本物理量u1.2.2電位與電壓電位與電壓1.電位電位空間中的每一點都有一定的高度，電路中的每一點都有一定的空間中的每一點都有一定的高度，電路中的每一點都有一定的電位。電位。電位的表示方法：用字母電位的表示方法：用字母V表示，不同點的電位用字母表示，不同點的電位用字母V加下加下標表示，如標表示，如VA。計算電位時應指定一個參考點，規定參考點的電位為計算電位時應指定一個參考

9、點，規定參考點的電位為0，原則，原則上零電位點是可以任意指定的。上零電位點是可以任意指定的。在實際應用中，對于強電的電路，以大地為參考點，用符號在實際應用中，對于強電的電路，以大地為參考點，用符號表示；在弱點中以裝置的外殼或底板為參考點，用符號表示；在弱點中以裝置的外殼或底板為參考點，用符號表示。表示。151.2 電路的常用基本物理量u1.2.2電位與電壓電位與電壓2.電壓電壓電壓的定義：電路中電壓的定義：電路中A、B兩點之間的電位差稱為電壓。兩點之間的電位差稱為電壓。電壓的方向：規定由高電位點（標電壓的方向：規定由高電位點（標“”）指向低電位點（標）指向低電位點（標“”）。）。電壓（電位）的

10、單位：國際單位制為伏特（用電壓（電位）的單位：國際單位制為伏特（用V表示），常用的還有表示），常用的還有毫伏（毫伏（mV）、微伏（）、微伏（V）。）。圖圖1.3 電壓及電動勢的方向電壓及電動勢的方向161.2 電路的常用基本物理量例例1.1 如圖如圖1.4所示，求分別以所示，求分別以C點和點和A點為參考點時，點為參考點時，A、B、C三點的電位以及三點的電位以及UAB 。結論：參考點選擇不同，電位也不同，但兩點之間的電壓不變，即電結論：參考點選擇不同，電位也不同，但兩點之間的電壓不變，即電位與參考點有關，而電壓與參考點無關。位與參考點有關，而電壓與參考點無關。圖圖1.4 例例1.1附圖附圖跳轉到

11、第一頁17ab+ 140V4A206A10A56 +90V cd4A206A10A56abcd+ 140V +90V 選選b點為參考點點為參考點求各點的電位求各點的電位選選d點為參考點點為參考點求各點的電位求各點的電位跳轉到第一頁18ab+ 140V4A206A10A56 +90V cd4A206A10A56abcd+ 140V +90V 選選b點為參考點點為參考點V60610abaUVV140cbcUVA90dbdUVV5090140dccdVVU選選d點為參考點點為參考點V3056adaUVV90bdbUVV5090140bdcbcUUVV50cdccdVVVU選用不同的參考點，各點電位的

12、數值不同，但任意選用不同的參考點，各點電位的數值不同，但任意兩點之間的電壓不隨參考點的改變而變化。兩點之間的電壓不隨參考點的改變而變化。191.2 電路的常用基本物理量u1.2.3電動勢電動勢電動勢的定義：電動勢的定義：在電源內部，在電源內部，非靜電力非靜電力將將正電荷正電荷從電源從電源負極負極移到移到正正極極所做的功所做的功 W與其電量與其電量 Q 之比稱為之比稱為電動勢電動勢，用，用 E 表示，即表示，即QWE E 的單位是伏的單位是伏( (V) )W的單位是焦的單位是焦( (J) ) Q 的單位是庫的單位是庫( (C) )電動勢的方向：電動勢的方向：規定從規定從電源負極電源負極指向指向電

13、源正極電源正極即非靜電力移動正電即非靜電力移動正電荷方向，如圖荷方向，如圖1.5所示。所示。圖圖1.5 帶電源的電路示意圖帶電源的電路示意圖201.2 電路的常用基本物理量u1.2.4電能電能電場力做的功就是電路所消耗的電能。電場力做的功就是電路所消耗的電能。W = QU = UIt電能的單位：焦耳，用電能的單位：焦耳，用J表示；實際應用中也用千瓦時表示；實際應用中也用千瓦時(kW h）（俗）（俗稱度）表示。稱度）表示。1 kW h表示功率為表示功率為1 kW 的用電器工作的用電器工作1 h所消耗的電能。所消耗的電能。211.2 電路的常用基本物理量u1.2.4電能電能電能的測量電能的測量圖圖

14、1.6所示為家用電能表的表盤，所示為家用電能表的表盤，它是記錄用電設備消耗電能的儀表。它是記錄用電設備消耗電能的儀表。圖圖1.6 家用電能表及接線家用電能表及接線221.2 電路的常用基本物理量u1.2.5電功率電功率RURIUItWP22 用電設備用電設備單位時間消耗的電能單位時間消耗的電能叫做叫做電功率電功率，用字母，用字母 P 表示，即表示，即電功率的單位：瓦電功率的單位：瓦(W)或千瓦或千瓦(kW)231.2 電路的常用基本物理量u1.2.5電功率電功率241.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.1電阻電阻導體對電流阻礙作用的大小用電阻表示。導體對電流阻礙作用的大小用電阻表示。在溫度不變的

15、條件下，電阻在溫度不變的條件下，電阻R與導體的長度與導體的長度l成正比，與導體的橫截成正比，與導體的橫截面積面積A成反比，即成反比，即為比例系數，稱為電阻率，單位是為比例系數，稱為電阻率，單位是歐歐米（米（ m）電阻率電阻率與導體的材料和溫度有關。導體的電阻率與導體的材料和溫度有關。導體的電阻率 107 m，半導體的電阻率在，半導體的電阻率在106 m和和107 m之間。之間。251.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.1電阻電阻261.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.1電阻電阻271.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.2常用電阻元件常用電阻元件圖圖1.7 常見電阻元件的外形常見電阻元件的外形281

16、.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.2常用電阻元件常用電阻元件291.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.2常用電阻元件常用電阻元件圖圖1.8 色環標記表示電阻參數色環標記表示電阻參數301.3 電阻元件與歐姆定律u 1.3.3部分電路的歐姆定律部分電路的歐姆定律1. 歐姆定律：由實驗可知，電阻元件中的電流與電阻兩端的電壓成正比歐姆定律：由實驗可知，電阻元件中的電流與電阻兩端的電壓成正比，與其電阻值成反比。，與其電阻值成反比。311.3 電阻元件與歐姆定律u 1.3.3部分電路的歐姆定律部分電路的歐姆定律2. 電阻元件的電流、電壓關系電阻元件的電流、電壓關系圖圖1.9 電阻的電流、電壓關系特性電阻的

17、電流、電壓關系特性321.3 電阻元件與歐姆定律u 1.3.4全全電路的歐姆定律電路的歐姆定律閉合電路中的電流與電源電動勢成正比，與電路的總電阻（負載電阻和電源內阻之和）成反比 ： rREI331.3 電阻元件與歐姆定律u 1.3.4全全電路的歐姆定律電路的歐姆定律路端電壓是指整個外電路的電壓，也是電源兩端的電壓；路端電壓用 表示；路端電壓的計算公式： =U 路端電壓路端電壓UErIRI跳轉到第一頁341、負載狀態、負載狀態I +US R0Rabcd+URRUI0SIRU 0SIRUUPPPEP=UI：電源輸出的功率電源輸出的功率PS=USI：電源產生的功率電源產生的功率P=I2R0：內阻消耗

18、的功率內阻消耗的功率跳轉到第一頁35I +US R0SRabcd+U2、空載狀態、空載狀態00S0CPUUUI3、短路狀態、短路狀態02E0SSC00RIPPPRUIIUI +US R0Rabcd+U跳轉到第一頁36例：設圖示電路中的電源額定功率例：設圖示電路中的電源額定功率PN=22kW ，額定電壓額定電壓UN=220V，內阻，內阻R0=0.2，R為可調為可調節的負載電阻。求：節的負載電阻。求：（1）電源的額定電流）電源的額定電流IN；（2）電源開路電壓電源開路電壓U0C；（3）電源在額定工作情況下的負載電阻電源在額定工作情況下的負載電阻RN；（4）負載發生短路時的短路電流負載發生短路時的短

19、路電流ISC。 +US R0SRI+U跳轉到第一頁37 +US R0SRI+UA10022010223NNNUPIV2401002 . 02200NNS0CRIUUU2 . 2100220NNNIURA12002 . 02400SSCRUI解：解：(1)電源的額定電流為：電源的額定電流為：(2)電源開路電壓為：電源開路電壓為：(3)電源在額定狀態時的負載電阻為：電源在額定狀態時的負載電阻為：(4)短路電流為：短路電流為：381.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.5線性電阻和非線性電阻線性電阻和非線性電阻如果電阻是固定值，遵循歐姆定律，這樣的電阻稱為線性電阻，它是如果電阻是固定值，遵循歐姆定律，這

20、樣的電阻稱為線性電阻，它是一個表示該段電路特性而與電壓和電流無關的常數，否則就是非線性電一個表示該段電路特性而與電壓和電流無關的常數，否則就是非線性電阻。阻。圖圖1.10 線性電阻和非線性電阻的電流、電壓特性線性電阻和非線性電阻的電流、電壓特性391.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.5線性電阻和非線性電阻線性電阻和非線性電阻熱敏電阻和壓敏電阻是非線性電阻熱敏電阻和壓敏電阻是非線性電阻圖圖1.11 熱敏電阻熱敏電阻401.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.5線性電阻和非線性電阻線性電阻和非線性電阻熱敏電阻有熱敏電阻有負溫度系數負溫度系數電阻電阻( (NTC) )和和正溫度系數電阻正溫度系數電阻(

21、(PTC) )溫度溫度電阻值電阻值 NTCPTCNTC電阻在一定的溫度范圍內具有大的負溫度系數，其電阻值具有電阻在一定的溫度范圍內具有大的負溫度系數，其電阻值具有隨溫度升高而急劇下降的特性。隨溫度升高而急劇下降的特性。PTC電阻在一定的溫度范圍內具有大的正溫度系數，其電阻值具有隨電阻在一定的溫度范圍內具有大的正溫度系數，其電阻值具有隨溫度升高而急劇增大的特性。溫度升高而急劇增大的特性。411.3 電阻元件與歐姆定律u1.3.5線性電阻和非線性電阻線性電阻和非線性電阻壓敏電阻的阻值隨電壓的增大而急劇減小。壓敏電阻的阻值隨電壓的增大而急劇減小。壓敏電阻在低壓時具有較大的電阻。當電壓較大時，電流則增

22、大許多壓敏電阻在低壓時具有較大的電阻。當電壓較大時，電流則增大許多倍，即電阻變小。壓敏電阻可用于過壓保護，將它并聯在被保護元件兩倍，即電阻變小。壓敏電阻可用于過壓保護，將它并聯在被保護元件兩端，當出現過電壓時，其電阻急劇減小，將電流風流，起到保護并聯在端，當出現過電壓時，其電阻急劇減小，將電流風流，起到保護并聯在一起的元件的目的。一起的元件的目的。圖圖1.12 壓敏電阻壓敏電阻421.4 電阻的連接u1.4.1電阻的串聯電阻的串聯電阻的串聯是指負載電阻沒有分支路地依次相連，使電流只有一條通電阻的串聯是指負載電阻沒有分支路地依次相連，使電流只有一條通路。路。串聯電路的規律串聯電路的規律圖圖1.1

23、4 電阻的串聯電阻的串聯43電阻的連接44電阻的連接u1.4.2電阻的并聯電阻的并聯并聯電路的規律并聯電路的規律圖圖1.16 電阻的并聯電阻的并聯45 電阻的連接u1.4.2電阻的并聯電阻的并聯46 電阻的連接u1.4.2電阻的并聯電阻的并聯47 電阻的連接u1.4.3電阻的混聯電阻的混聯串聯和并聯同時存在的電路稱為混聯電路。串聯和并聯同時存在的電路稱為混聯電路。48電阻的連接AARUI2 . 030649 基爾霍夫定律u1.5.1基爾霍夫第一定律基爾霍夫第一定律電流定律（電流定律（KCL）支路：一段不分叉的電路。支路：一段不分叉的電路。節點：三條或三條以上支路的連接點。節點：三條或三條以上支

24、路的連接點。KCL定律的內容：對于電路中的任意定律的內容：對于電路中的任意節點上，任一瞬時，電路在該節點處電節點上，任一瞬時，電路在該節點處電流的代數和為零，即流的代數和為零，即例例列出圖列出圖1.21中所示電路中節點中所示電路中節點 A 的基爾霍夫第一定律表達式。的基爾霍夫第一定律表達式。 解解 對于節點對于節點 A 上的電流，假設流入節點電流為正，流出節點電上的電流，假設流入節點電流為正，流出節點電流為負，那么，根據公式流為負，那么，根據公式( (1.18) )可得可得0)(321 III或或321III KCL定律的另一種描述：流入節點的電流之和等于流出節點的電流之和。定律的另一種描述：

25、流入節點的電流之和等于流出節點的電流之和。50 基爾霍夫定律u1.5.2基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律電壓定律（電壓定律（KVL）回路：在電路中由支路組成的任一閉合路徑。回路：在電路中由支路組成的任一閉合路徑。KVL定律的內容：任一瞬時沿回路繞定律的內容：任一瞬時沿回路繞行一周，各段電路（或各元件）電壓的行一周，各段電路（或各元件）電壓的代數和等于零。代數和等于零。注意事項：使用時應先選定回路的繞行注意事項：使用時應先選定回路的繞行方向，可以是順時針，也可以是逆時針方向，可以是順時針，也可以是逆時針若電壓的參考方向與回路的繞行方向一若電壓的參考方向與回路的繞行方向一致，則該項電壓取正，反之取

26、負。致，則該項電壓取正，反之取負。如圖如圖1.21所示，回路所示，回路的的KVL方程方程513.1 電容u生活中我們常用收音機收聽廣播節目，你知道調臺時調的是什么嗎？當我們打開一個收音機后蓋，如圖所示，看到一個用銅導線繞制的器件，你知道它是什么？在電路中有什么作用？又如何檢測判斷其好壞的嗎？它們就是我們在本章將要學習的電容器和電感器。本章主要講述有關電容器和電感器的知識，包括元件認識、主要參數的識別及元件檢測等。天線線圈天線線圈（電感器）（電感器）雙聯電容器雙聯電容器523.1 電容u3.1.1電容器電容器1任何兩個彼此絕緣而又相互靠近的導體，都可以看成一個電容器，這兩任何兩個彼此絕緣而又相互

27、靠近的導體，都可以看成一個電容器，這兩個導體稱為電容器的兩個極。個導體稱為電容器的兩個極。2平行板電容器：兩塊靠近而且平行放置的金屬板組成的電容器稱為平行平行板電容器：兩塊靠近而且平行放置的金屬板組成的電容器稱為平行板電容器。板電容器。3在電容器兩個極施加電壓在電容器兩個極施加電壓U時，在介質中建立起電場，能量被存儲在介時，在介質中建立起電場，能量被存儲在介質中，如圖質中，如圖3.1所示。所示。 圖圖3.1平行板電容器平行板電容器 533.1 電容u3.1.1電容器電容器4充電和放電充電和放電（1）充電：把電容器的兩個極板分別與電源的兩個極相連，兩個極板就會）充電：把電容器的兩個極板分別與電源

28、的兩個極相連，兩個極板就會帶上等量異種電荷，這一過程稱為充電，如圖帶上等量異種電荷，這一過程稱為充電，如圖3.2（a）所示。）所示。（2）放電：用導線將電容器的兩板接通，兩板上的正、負電荷中和，電容）放電：用導線將電容器的兩板接通，兩板上的正、負電荷中和，電容器不再帶電，這一過程稱為放電，如圖器不再帶電，這一過程稱為放電，如圖3.2（b）所示。）所示。 圖圖3.2電容器的充電、放電電容器的充電、放電 54 電容器u3.1.2電容電容1電容量：電容器所帶電量電容量：電容器所帶電量Q與它的兩極板間的電壓與它的兩極板間的電壓U之比，稱為電容器之比，稱為電容器的電容量，簡稱電容，用的電容量，簡稱電容，

29、用C表示。表示。 2電容的單位：國際單位是法電容的單位：國際單位是法【拉拉】（用（用F表示），其它較小的單位是表示），其它較小的單位是mF（毫法）、（毫法）、F（微法）、（微法）、nF（納法）和（納法）和pF（皮法）。（皮法）。UQC 55 電容器 需要指出的是，上式只表明電容器電容需要指出的是，上式只表明電容器電容C C與與q q 、U U之之間的聯系，實質電容器的電容量間的聯系，實質電容器的電容量C C 的大小與的大小與q q 、U U沒有沒有關系，電容關系，電容C C 的大小只取決于電容器自身結構。在平行的大小只取決于電容器自身結構。在平行極板電容器中，電容極板電容器中，電容C C 的大

30、小與兩極板有效面積成正比，的大小與兩極板有效面積成正比，與兩極板間距成反比，與兩極板間絕緣介質的介電常數與兩極板間距成反比，與兩極板間絕緣介質的介電常數成正比。即成正比。即sCd 式中：式中：絕緣介質的介電常數，國際單位制單位絕緣介質的介電常數，國際單位制單位F/m（法（法/米）米） s平行極板電容兩極板的正對面積，國際單位制單位平行極板電容兩極板的正對面積，國際單位制單位m2 d 平行極板電容兩極板之間的距離，國際單位制單位平行極板電容兩極板之間的距離，國際單位制單位m(米米)C 平行極板電容，國際單位制單位平行極板電容，國際單位制單位F（法）（法） 56u電容器符號u 電容器在電路圖中的電

31、路符號如下表所示。u電容器在電路圖中的電路符號表 電容器57電容器u常見電容器的外形常見電容器的外形58電容器u常見電容器的外形常見電容器的外形59電容器u3.1.4電容的類型和額定值電容的類型和額定值1電容的分類電容的分類按結構分：固定電容、可變電容、微調電容。固定電容符號、外形及實物圖按結構分：固定電容、可變電容、微調電容。固定電容符號、外形及實物圖如圖如圖3.3所示，可變電容、微調電容符號、外形及實物圖如圖所示，可變電容、微調電容符號、外形及實物圖如圖3.4所示。所示。 按介質分：空氣、云母、紙、聚苯乙烯等類型。按介質分：空氣、云母、紙、聚苯乙烯等類型。 圖圖3.3 固定電容外形、符號及實物圖固定電容外形、符號及