第一講　維修職業化訓練預備知識

課堂一　電子基礎知識

一、模擬電路

模擬電路就是利用信號的大小強弱（某一時刻的模擬信號，即時間和幅度上都連續的信號）表示信息內容的電路。例如聲音經話筒變為電信號，其電信號的大小就對應于聲音信號的強弱（電壓的高低值或電流的大小值），用以處理該信號的電路就是模擬電路。模擬信號在傳輸過程中很容易受到干擾而產生失真（與原來不一樣）。與模擬電路對應的就是數字電路。模擬電路是數字電路的基礎。學習模擬電路應掌握以下概念。

（1）電源

電源是電路中產生電能的設備。按電源性質不同，分為直流電源和交流電源。它們分別將化學能和機械能轉換成電能。直流電源是由化學能轉換為電能的，如干蓄電池和鉛蓄電池；交流電源是通過發電機產生的。

電源內有一種外力，能使電荷移動而做功，這種外力做功能力稱為電源電動勢，常用符號E表示，其單位為伏［特］（V），常用單位及換算關系是：

1千伏（kV）=1000伏（V）

1伏（V）=1000毫伏（mV）

1毫伏（mV）=1000微伏（μV）

（2）電路

電路是指電流通過的路徑。它由電源、導線和控制元器件組成。

（3）電流

電流是指電荷在導體上的定向移動。在單位時間內通過導體某一截面的電荷量用符號I表示。電流的大小和方向隨時間有規律地發生變化，稱為交流電流；電流的大小和方向不隨時間發生變化，稱為恒定直流電。

電流的單位為安［培］（A），常用單位及換算關系是：

1安（A）=1000毫安（mA）

1毫安（mA）=1000微安（μA）

（4）電壓

電壓是指電流在導體中流動的電位差。電路中元器件兩端的電壓用符號U表示。電位的單位為伏（V）。常用單位為伏（V）、毫伏（mV）、微伏（μV）。

（5）電阻

電阻是指導體本身對電流所產生的阻力。電阻用符號R表示。電阻的單位為歐［姆］（Ω），常用單位及換算關系是：

1千歐（kΩ）=1000歐（Ω）

1兆歐（MΩ）=10³千歐（kΩ）=10⁶歐（Ω）

由于電阻的大小與導體的長度成正比，與導體的截面積成反比，且與導體的本身材料質量有關，其計算公式為

式中　L——導體的長度，m；

        A——導體的截面積，m²；

        ρ——導體的電阻率，Ω·mm²/m。

（6）電容量

電容是指電容器的容量。電容器由兩塊彼此相互絕緣的導體組成，一塊導體帶正電荷，另一塊導體帶負電荷。其儲存電荷量與加在兩導體之間的電壓大小成正比。

電容量用符號C表示。電容量的基本單位為法［拉］（F）。常用單位及換算關系是：

1法（F）=10⁶微法（μF）=10¹²皮法（pF）

電容器在電路中的作用有：

①能起到隔直流通交流的作用。

②電容器與電感線圈可以構成具有某種功能的電路。

③利用電容器可實現濾波、耦合定時和延時等功能。

使用電容器時應注意：電容器串聯使用時，容量小的電容器比容量大的電容器所分配的電壓要高，串聯使用時要注意每個電容器的電壓不要超過其額定電壓。電容器并聯使用時，等效電容的耐壓值等于并聯電容器中最低額定工作電壓。

串并聯時的等效電容計算如表1-1所示。

（7）電能

電能是指在某一段時間內電流的做功量。常用千瓦時（kW·h）作為電能的計算單位，即功率為1kW的電源在1h內電流所做的功。

電能用符號W表示，單位為焦［耳］（J）。電能的計算公式為

W=Pt

式中，電功率P的單位為瓦（W），時間t的單位為秒（s），電能W的單位為焦（J）。

（8）電功率

電功率是指在一定的單位時間內電流所做的功。電功率用符號P表示，單位為瓦［特］（W），常用單位為千瓦（kW）和毫瓦（mW）等，即1W等于1000mW。

電功率是衡量電能轉換速度的物理量。假設在一個電阻值為R的電阻兩端加上電壓U，而流過電阻的電流為I，求該電阻上消耗的電功率P，即

式中，電壓U的單位為伏（V），電流I的單位為安（A），電阻R的單位為歐（Ω），電功率P的單位為瓦（W）。

（9）電感線圈

電感線圈是用絕緣導線繞制在鐵芯或支架上的線圈。它具有通直流阻交流的作用，可以配合其他電器元器件組成振蕩電路、調諧電路、高頻和低頻濾波電路。

電感是自感和互感的總稱，其兩種現象表現為：當線圈本身通過的電流發生變化時將引起線圈周圍磁場的變化，而磁場的變化又在線圈中產生感應電動勢，這種現象稱為自感；兩個互相靠近的線圈，其中一個線圈中的電流發生變化，而在另一個線圈中產生感應電動勢，這種現象稱為互感。

電感用符號L表示，單位為亨［利］（H），常用單位及換算關系為：

1亨（H）=10³毫亨（mH）=10⁶微亨（μH）

電感線圈對交流電呈現的阻礙作用稱為感抗，用符號X_L表示，單位為歐（Ω）。感抗與線圈中電流的頻率及線圈電感量的關系為

X_L=ωL=2πfL。

（10）歐姆定律

在一段不含電動勢只有電阻的電路中，流過電阻R的電流I與加在電阻兩端的電壓U成正比，與電阻R成反比，稱為無源支路歐姆定律。

無源支路歐姆定律的計算公式為

式中　I——支路電流，A；

        U——電阻兩端的電壓，V；

        R——支路電阻，Ω。

在一段含有電動勢的電路中，其支路電流的大小和方向與支路電阻、電動勢的大小和方向、支路兩端的電壓有關，稱為有源支路歐姆定律。有源支路歐姆定律計算公式為

（11）基爾霍夫定律

基爾霍夫第一定律為節點電流定律，幾條支路所匯集的點稱作節點。對于電路中任一節點，任一瞬間流入該節點的電流之和必須等于流出該節點的電流之和。或者說流入任一節點的電流的代數和等于0（假定流入的電流為正值，流出的電流則為負值），即

I₁+I₂-I₃+I₄-I₅=0

基爾霍夫第二定律為回路電壓定律。電路中任一閉合路徑稱作回路。任一瞬間，任一回路中各電阻上電壓降的代數和恒等于回路中各電動勢的代數和。

（12）頻率

頻率是指交流電流量每秒完成的循環次數。頻率用符號f表示，單位為赫［茲］（Hz）。我國交流供電的標準頻率為50Hz。

（13）周期

周期是指電流變化一周所需要的時間。周期用符號T表示，單位為秒（s）。周期與頻率的關系是互為倒數，其數學公式為

（14）相位和初相位

在電流表達式i=I_msin（ω+?）中，電角度（ωt+?）表示正弦交流電變化過程的一個物理量（稱作相位）。當t=0（即起始時）時的相位?稱作初相位。

（15）角頻率

角頻率是指正弦交流電在單位時間內所變化的電角度。角頻率用符號ω表示，單位是弧度/秒（rad/s）。角頻率與頻率和周期的關系為

（16）振幅值

交流電流或交流電壓振幅值，是指在一個周期內出現電流或電壓的最大值，用符號I_m或U_m表示。

（17）有效值

有效值是指交流電流i通過一個電阻時在一個周期內所產生的熱量，如果與一個恒定直流電流I通過同一電阻時所產生的熱量相等。該恒定直流電流值的大小稱作該交流電流的有效值。用字母I表示，電壓有效值用U表示。

對于正弦交流電，其電流及電壓的有效值與振幅值的數量關系為

（18）相電壓

相電壓是指在三相對稱電路中每相繞組或每相負載上的電壓，即端線與中線之間的電壓。

（19）相電流

相電流是指在三相對稱電路中流過每相繞組或每相負載上的電流。

（20）線電壓

線電壓是指在三相對稱電路中任意兩條線之間的電壓。

（21）線電流

線電流是指在三相對稱電路中端線中流過的電流。

二、數字電路

用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱為數字電路或數字系統。由于它具有邏輯運算和邏輯處理的功能，所以又稱數字邏輯電路。現代的數字電路由半導體工藝制成的若干數字集成器件構造而成。邏輯門是數字邏輯電路的基本單元。存儲器是用來存儲二值數據的數字電路。從整體上看，數字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。

數字電路與模擬電路不同，它不利用信號大小或強弱來表示信息，它是利用電壓的高低或電流的有無或電路的通斷來表示信息的1或0，用一連串的1或0編碼表示某種信息（由于只有1與0兩個數碼，所以稱為二進制編碼，圖1-1所示為數字信號與模擬信號的波形對照）。用以處理二進制信號的電路就是數字電路，它利用電路的通斷來表示信息的1或0。其工作信號是離散的數字信號。電路中三極管的工作狀態即可產生數字信號，即時而導通時而截止就可產生數字信號。

最初的數字集成器件以雙極型工藝制成了小規模邏輯器件，隨后發展到中規模邏輯器件；20世紀70年代末微處理器的出現，使數字集成電路的性能產生了質的飛躍，出現了大規模的數字集成電路。數字電路最重要的單元電路就是邏輯門。

數字集成電路是由許多的邏輯門組成的復雜電路。與模擬電路相比，它主要進行數字信號的處理（即信號以0與1兩個狀態表示），因此抗干擾能力較強。數字集成電路有各種門電路、觸發器以及由它們構成的各種組合邏輯電路和時序邏輯電路。一個數字系統一般由控制部件和運算部件組成，在時脈的驅動下，控制部件控制運算部件完成所要執行的動作。通過模擬/數字（A/轉換器、數字/模擬/A）轉換器，數字電路可以和模擬電路實現互聯互通。

學習數字電路主要應掌握以下概念：

（1）組合邏輯電路

組合邏輯電路簡稱組合電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。組合電路的特點是：輸出值只與當時的輸入值有關，即輸出唯一地由當時的輸入值決定。電路沒有記憶功能，輸出狀態隨著輸入狀態的變化而變化，類似于電阻電路，如加法器、譯碼器、編碼器、數據選擇器等都屬于此類。

（2）時序邏輯電路

時序邏輯電路簡稱時序電路，它是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路（輸出到輸入）或器件組合而成的電路，與組合電路最本質的區別在于時序電路具有記憶功能。時序電路的特點是：輸出不僅取決于當時的輸入值，還與電路過去的狀態有關。它類似于含儲能元器件的電感電路或電容電路，如觸發器、鎖存器、計數器、移位寄存器、儲存器等電路都是時序電路的典型器件。

數字電路按電路有無集成元器件來分，可分為分立元器件數字電路和集成數字電路；按集成電路的集成度進行分類，可分為小規模集成數字電路（SSI）、中規模集成數字電路（MSI）、大規模集成數字電路（LSI）和超大規模集成數字電路（VLSI）；按構成電路的半導體器件進行分類，可分為雙極型數字電路和單極型數字電路。

數字電路的特點如下：

①同時具有算術運算和邏輯運算功能。數字電路以二進制邏輯代數為數學基礎，使用二進制數字信號，既能進行算術運算又能方便地進行邏輯運算（與、或、非、判斷、比較、處理等），因此極其適合用于運算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應用。

②實現簡單，系統可靠。以二進制作為基礎的數字電路，可靠性較強。電源電壓的小波動對其沒有影響，溫度和工藝偏差對其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。

③功能實現容易、集成度高、體積小、功耗低是數字電路突出的優點。

電路的設計、維修、維護靈活方便，隨著集成電路技術的高速發展，數字邏輯電路的集成度越來越高，集成電路塊的功能隨著小規模集成電路（SSI）、中規模集成電路（MSI）、大規模集成電路（LSI）、超大規模集成電路（VLSI）的發展也從元器件級、器件級、部件級、板卡級上升到系統級。電路的設計組成只需采用一些標準的集成電路塊單元連接而成。對于非標準的特殊電路，還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過編程方法實現任意的邏輯功能。

數字電路與數字電子技術廣泛地應用于電視、雷達、通信、電子計算機、自動控制、航天等科學技術領域。

數字電路包括數字脈沖電路和數字邏輯電路。前者研究脈沖的產生、轉換和測量；后者對數字信號進行算術運算和邏輯運算。