第1章　汽車電工維修基礎

1.1 電工電子入門知識

1.1.1　電路與電路圖

（1）電路

由金屬導線和電氣、電子部件組成的導電回路，稱為電路。在電路輸入端加上電源使輸入端產生電勢差，電路即可工作。按照流過的電流性質，電路一般分為兩種。直流電通過的電路稱為“直流電路”，交流電通過的電路稱為“交流電路”。

最簡單的電路是由電源、負載、導線、開關等元器件組成（圖1-1-1）。電路導通叫作通路，電路某一處斷開叫作斷路或者開路。如果電路中電源正負極間沒有負載而是直接接通則叫作短路，這種情況是決不允許的。因為電源的短路會導致電源、用電器、電流表被燒壞等現象的發生。

（2）電路圖

用導線將電源、開關、用電器、電流表、電壓表等連接起來組成電路，再按照統一的符號將它們表示出來，這樣繪制出的圖就叫作電路圖。電路圖是用符號表示實物圖的圖示。

電路圖有原理圖、方框圖、裝配圖和印板圖等。

① 原理圖　它直接體現了電子電路的結構和工作原理，所以一般用在設計、分析電路中，如圖1-1-2所示。分析電路時，通過識別圖紙上所畫的各種電路元件符號，以及它們之間的連接方式，就可以了解電路實際工作時的原理。

② 方框圖（框圖）　方框圖是一種用方框和連線來表示電路工作原理和構成概況的電路圖（圖1-1-3）。從根本上說，這也是一種原理圖，不過在這種圖紙中，除了方框和連線，幾乎就沒有別的符號了。它和上面的原理圖主要的區別就在于原理圖上詳細地繪制了電路的全部元器件和它們的連接方式，而方框圖只是簡單地將電路按照功能劃分為幾個部分，將每一個部分描繪成一個方框，在方框中加上簡單的文字說明，方框間用連線（有時用帶箭頭的連線）說明各個方框之間的關系。所以方框圖只能用來體現電路的大致工作原理，而原理圖除了詳細地表明電路的工作原理之外，還可以用來作為采集元件、制作電路的依據。

③ 裝配圖　它是為了進行電路裝配而采用的一種圖紙，圖上的符號往往是電路元件的實物外形圖（圖1-1-4）。只要照著圖上畫的樣子，把一些電路元器件連接起來就能夠完成電路的裝配。

④ 印板圖　印板圖的全名是“印制電路板圖”或“印制線路板圖”，它和裝配圖其實屬于同一類的電路圖，都是供裝配實際電路使用的。印刷電路板是在一塊絕緣板上先覆上一層金屬箔，再將電路不需要的金屬箔腐蝕掉，然后將電路中的元器件安裝在這塊絕緣板上，利用板上剩余的金屬箔作為元器件之間導電的連線，完成電路的連接，如圖1-1-5所示。

1.1.2　電路中的基本物理知識

電路的作用是進行電能與其他形式的能量之間的相互轉換。因此，用一些物理量來表示電路的狀態及各部分之間能量轉換的相互關系。

（1）電流

電流是電荷有規則的運動，電流的大小用電流強度來表示。電流強度是指單位時間內通過導體截面積的電荷量，其單位是安培（C/s），簡稱安，符號是A，多簡稱為電流。

電流的真實方向和正方向是兩個不同的概念，不能混淆。

習慣上總是把正電荷運動的方向作為電流的方向，這就是電流的實際方向或真實方向，它是客觀存在，不能任意選擇。

（2）電阻

電阻（通常用R表示）表示導體對電流阻礙作用的大小，單位是歐姆，符號是Ω。

導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。不同的導體，電阻一般不同，因為電阻是導體本身的一種特性，與導體的尺寸、材料、溫度有關。電阻的公式為：

式中　ρ——電阻材料的電阻率，Ω·cm；

L——電阻材料的長度，cm；

A——電阻材料的截面積，cm2。

（3）電動勢

電路中因其他形式的能量轉換為電能所引起的電位差，叫作電動勢，用字母E表示，單位是伏特，符號是V。在電路中，電動勢常用符號δ表示。

（4）電功率

電流在單位時間內做的功叫作電功率，是用來表示消耗電能快慢的物理量，用P表示，它的單位是瓦特（Watt），簡稱瓦，符號是W。

（5）歐姆定律

在同一電路中，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比，這就是歐姆定律，其公式為：

式中　I——電流，A；

U——電壓，V；

R——電阻，Ω。

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（1）串聯電路

把電阻元件一個接一個首尾依次連接起來，這種中間無分支的連接方式就叫串聯電路。如圖1-1-6所示是由三個電阻R1、R2、R3組成的串聯電路。

串聯電路具有以下特點。

① 串聯電路中流經每個電阻的電流都相等，即

I＝I1＝I2＝I3＝…＝In

② 電阻串聯后的等效電阻（總電阻）等于分電阻的總和，即

R＝R1＋R2＋R3＋…＋Rn

③ 總電阻兩端的總電壓等于各個電阻兩端的電壓之和，即

U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un

串聯電阻的這些特點，在實際中有很多應用，如電壓表可利用串聯不同的電阻來擴大其量程。

（2）并聯電路

將幾個電阻的一端連在一起、另一端也連在一起的連接方式叫作電阻的并聯。如圖1-1-7所示是由三個電阻R1、R2、R3組成的并聯電路。

并聯電路具有以下特點。

① 電路中各支路兩端的電壓相等，即

U＝U1＝U2＝U3＝…＝Un

② 電路中各支路總電阻的倒數等于各支路電阻的倒數之和，即

③ 電路中的總電流等于各支路的電流之和，即

I＝I1＋I2＋I3＋…＋In

1.1.3　晶體二極管

晶體二極管是由半導體材料制成的，半導體是導電能力介于導體與絕緣體之間的一種物質，如硅（Si）或鍺（Ge）半導體。半導體的導電率低，為了提高導電性能，在半導體中需要摻雜一些元素，提高導電率。根據摻雜的物質不同，分為以下兩種。

① P型半導體　是在半導體中摻加少量的硼元素所形成的半導體。P型半導體多數載流子為空穴，少數載流子為電子。

② N型半導體　是在半導體材料中加入少量的磷元素所形成的半導體。N型半導體多數載流子為電子，少數載流子為空穴。

知識鏈接

載流子——在電場的作用下定向移動的自由電子和空穴（帶有自由電子等量的正電），統稱載流子，如圖1-1-8所示。

（1）PN結

將P型半導體和N型半導體使用特殊工藝連在一起，它們之間的特殊薄層稱為PN結。PN結是各種半導體器件的核心，如圖1-1-9所示。PN結具有單向導電性，即P區接電源正極，N區接電源負極，PN結導通；反之，PN結截止。

晶體二極管之所以具有單向導電性，其原因是內部具有一個PN結，其正、負極分別對應于PN結的P型和N型半導體。

（2）晶體二極管的分類

晶體二極管由密封的管體和正、負極引線所組成，管體外殼的標記通常表示正極，其符號含義為，三角形代表正極，豎杠代表負極，V代表二極管的文字符號，如圖1-1-10所示。

晶體二極管的種類很多，形狀大小各異，按其外觀不同，分為玻璃殼二極管、塑封二極管、金屬殼二極管、大功率螺栓狀金屬殼二極管、微型二極管、片狀二極管等，如圖1-1-11所示；按其制造材料的不同，可分為鍺管和硅管兩大類，每一類又分為N型和P型；按其制造工藝不同，可分為點接觸型二極管和面接觸型二極管。

（3）晶體二極管的簡單測試

① 判別正負極（圖1-1-12）　萬用表測試條件為R×100或R×1k擋。將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負極；所測電阻大時，黑表筆接觸處為負極，紅表筆接觸處為正極。

② 判別好壞（圖1-1-12）　萬用表測試條件為R×1k。若正反向電阻均為零，則二極管短路；若正反向電阻非常大，則二極管開路；若正向電阻約為幾千歐，反向電阻非常大，則二極管正常。

1.1.4　晶體三極管

（1）晶體三極管的分類

晶體三極管是具有兩個PN結的三級半導體器件。晶體三極管的種類很多，按制作材料和導電極性不同分為NPN硅管、PNP硅管、NPN鍺管、PNP鍺管；按結構不同分為點接觸型和面接觸型三極管；按功率不同分為小、中、大三極管；按頻率不同分為低頻管、高頻管、微波管；按功能和用途不同分為放大管、開關管、達林頓管等。常見三極管的外形如圖1-1-13所示。

（2）晶體三極管的結構和符號

晶體三極管有兩種結構，分別為NPN型晶體管和PNP型晶體管。

如果在兩塊N型半導體之間加上一塊很薄的P型半導體，并且緊密地結合在一起，就可以形成一個NPN型晶體管；同樣，如果在兩塊P型半導體之間加上一塊很薄的N型半導體，并且緊密地結合在一起，就可以形成一個PNP型晶體管。

每個三極管有三個區，即發射區、基區、集電區；兩個PN結，即發射結、集電結；三個電極，即發射極E、基極B、集電極C。三極管結構和符號如圖1-1-14所示。

（3）晶體三極管的電流放大作用

晶體三極管有三個電極，流入三極管的電流等于流出三極管的電流，即發射極電流IE等于集電極電流IC與基極電流IB之和。實驗數據表明，IB的電流比較小，IC的電流比較大。

IE=IB+IC

晶體三極管具有電流放大作用。當基極電流有一微小的變化時，能夠引起集電極電流的較大變化，也就是說基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。

集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比表示電流放大的能力。

（4）晶體三極管的測試方法

① 基極及管型的判別（圖1-1-15）　可以把三極管看成是兩個二極管，使用萬用表進行測量和判斷，萬用表電阻的量程一般選用R×100或R×1k擋，方法如下。

a．PNP型三極管的測量。將正表筆接三極管的某一管腳，負表筆分別接另外兩個管腳，測量得到兩個阻值。如果測得的兩個阻值均較小，且為1kΩ，則正表筆所接管腳即為PNP型三極管的基極；若測得的兩阻值一大一小或都大，可將正表筆另接一管腳再試，直到兩阻值均較小為止。

b．NPN型三極管的測量。將負表筆接三極管的某一管腳，正表筆分別接另外兩個管腳，測量得到兩個阻值。如果測得的兩個阻值均較小，且為5kΩ左右，則負表筆所接管腳即為NPN型三極管的基極；若測得的兩阻值一大一小或都大，可將負表筆另接一管腳再試，直到兩阻值均較小為止。

② 集電極和發射極的判別（圖1-1-16）　對于PNP型三極管，先假設紅表筆接的是C極，并用手捏住B、C二個極（但不能使B、C直接接觸），通過人體，相當于在B、C之間接入一個偏置電阻，讀出C、E間的電阻值；然后將紅、黑表筆對調，重新測C、E間的電阻值，并與前次的讀數比較，哪一次阻值較小，說明哪一次的假設是正確的，即該次表筆接的是C極。因為C、E間的電阻值較小，說明通過萬用表的電流較大，偏置正常，因而表明原來的假設是正確的。

若是NPN型三極管，只要將紅、黑表筆對調（即黑表筆接C極），按照上述的方法測試判別即可。

③ 三極管好壞的判別　根據PN結的單向導電性，檢查三極管內各極間PN結的正反向電阻。如果正反向電阻相差較大，說明三極管基本上是好的；如果正反向電阻都很大，說明三極管內部有斷路或PN結性能不好；如果正反向電阻都很小，說明三極管極間短路或擊穿了。