第一讲　维修职业化训练预备知识

课堂一　电子基础知识

一、模拟电路

模拟电路就是利用信号（某一时刻的模拟信号，即时间和幅度上都连续的信号）的大小强弱表示信息内容的电路，例如声音经话筒变为电信号，其声音的大小就对应于电信号的强弱（电压的高低值或电流的大小值），用以处理该信号的电路就是模拟电路。模拟信号在传输过程中很容易受到干扰而产生失真（与原来不一样）。与模拟电路对应的就是数字电路。模拟电路是数字电路的基础。

学习模拟电路应掌握以下概念。

1.电源

电源是电路中产生电能的设备。按其性质不同，分为直流电源和交流电源。它们都是把其他形式的能转换成电能的装置。日常生活使用最多的直流电源是由化学能转换为电能的，如干电池和铅蓄电池；交流电源所提供的交流电是通过交流发电机产生的。

电源内有一种外力，能使电荷移动而做功，这种外力做功的能力称为电源电动势，常用符号E表示，其单位为伏特（V），常用单位及换算关系是：

1千伏（kV）=1000伏（V）

1伏（V）=1000毫伏（mV）

1毫伏（mV）=1000微伏（μV）

2.电路

电路指电流通过的路径。它由电源、导线和元器件组成。

3.电流

电荷在导体上的定向移动形成了电流。在单位时间内通过导体某一截面的电荷量用符号I表示。电流的大小和方向能随时间有规律地变化，叫作交流电流；电流的方向不随时间发生变化，叫做直流电流。在直流电流中，电流的大小和方向都不随时间发生变化，叫作恒定电流。

电流的单位为安培，用字母A表示，常用单位及换算关系是：

1安培（A）=1000毫安（mA）

1毫安（mA）=1000微安（μA）

4.电压

电压是指电流在导体中流动的电位差。电路中元器件两端的电压用符号U表示。电压的单位也为伏特（V）。常用单位为伏（V）、毫伏（mV）、微伏（μV）。

5.电阻

电阻是指导体本身对电流所产生的阻力。电阻用符号R表示。电阻的单位为欧姆，用符号Ω表示。常用单位及换算关系是：

1千欧（kΩ）=1000欧（Ω）

1兆欧（MΩ）=10³千欧（kΩ）=10⁶欧（Ω）

由于电阻的大小与导体的长度成正比，与导体的截面积成反比，且与导体本身的材料有关，其计算公式为：

式中　L——导体的长度，m；

A——导体的截面积，m²；

ρ——导体的电阻率，Ω·m。

串并联时的等效电阻计算如表1-1所示。

6.电容

电容是指电容器的容纳电荷的能力。电容器由两块彼此绝缘的导体组成，一块导体带正电荷，另一块导体一定带负电荷。其储存电荷量与加在两导体之间的电压大小成正比。

电容用字母C表示。电容量的基本单位为法拉，用字母F表示。常用单位及换算关系为：

1法（F）=10⁶微法（μF）=10¹²皮法（pF）

电容器在电路中的作用有：

①能起到隔直流通交流的作用；

②电容器与电感线圈可以构成具有某种功能的电路；

③利用电容器可实现滤波、耦合、定时和延时等功能。

使用电容器时应注意：电容器串联使用时，容量小的电容器比容量大的电容器所分配的电压要高，串联使用时要注意每个电容器的电压不要超过其额定电压。电容器并联使用时，等效电容的耐压值等于并联电容器中最低额定工作电压。

串、并联时的等效电容计算如表1-1所示。

7.电能

电能指在某一段时间内电流的做功量。常用千瓦·时（kW·h）作为电能的计量单位，即功率为1 kW的电源在1h内电流所做的功。

电能用符号W表示，单位为焦耳，单位符号为J。电能的计算公式为：

W=Pt

式中，电功率P的单位为瓦（W）；时间t的单位为秒（s）；电能W的单位为焦耳（J）。

8.电功率

电功率是指在单位时间内电流所做的功。电功率用符号P表示，单位为瓦特，单位符号为W，常用单位有千瓦（kW）和毫瓦（mW）等，换算关系为：1kW=1000W，1W=1000mW。

电功率是衡量电能转换速度的物理量。假设在一个电阻值为R的电阻两端加上电压U，而流过R的电流为I，则该电阻上消耗的电功率P的计算公式为

式中，电压U的单位为伏特（V）；电流I的单位为安培（A）；电阻R的单位为欧姆（Ω）；电功率P的单位为瓦特（W）。

9.电感线圈

电感线圈是用绝缘导线绕制在铁芯或支架上的线圈。它具有通直流阻交流的作用，可以配合其他电子元器件组成振荡电路、调谐电路、高频和低频滤波电路。

电感是自感和互感的总称，其两种现象表现为：当线圈本身通过的电流发生变化时将引起线圈周围磁场的变化，而磁场的变化又在线圈中产生感应电动势，这种现象称作自感；两只互相靠近的线圈，其中一个线圈中的电流发生变化，而在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象称为互感。

电感用符号L表示，单位为亨利，用字母H表示。常用单位及换算关系为：

1亨（H）=10³毫亨（mH）=10⁶微亨（μH）

电感线圈对交流电呈现的阻碍作用称作感抗，用符号X_L表示，单位为欧姆（Ω）。感抗与线圈中的电流的频率及线圈电感量的关系为：X_L=ωL=2πfL。

10.欧姆定律

在一段不含电动势只有电阻的电路中，流过电阻R的电流I与加在电阻两端的电压U成正比，与电阻成反比，称作无源支路的欧姆定律。

欧姆定律的计算公式为：

式中　I——支路电流，A；

U——电阻两端的电压，V；

R——支路电阻，Ω。

在一段含有电动势的电路中，其支路电流的大小和方向与支路电阻、电动势的大小和方向、支路两端的电压有关，称作有源支路欧姆定律。其计算公式为：

11.基尔霍夫定律

基尔霍夫第一定律为节点电流定律。几条支路所汇集的点称作节点。对于电路中任一节点，任一瞬间流入该节点的电流之和必须等于流出该节点的电流之和。或者说流入任一节点的电流的代数和等于0（假定流入的电流为正值，流出的则看作是流入一个负值的电流），即：

I₁+I₂-I₃+I₄-I₅=0

基尔霍夫第二定律为回路电压定律。电路中任一闭合路径称作回路。任一瞬间，电路中任一回路的各阻抗上的电压降的代数和恒等于回路中的各电动势的代数和。

12.频率

频率指交流电流每秒钟完成的循环次数，用符号f表示，单位为赫兹（Hz）。我国交流供电的标准频率为50Hz。

13.周期

周期指电流变化一周所需要的时间，用符号T表示，单位为秒（s）。周期与频率的关系是互为倒数，其数学公式为：

14.相位和初相位

在电流表达式i=I_msin（ωt+φ）中，电角度（ωt+φ）是表示正弦交流电变化过程的一个物理量，称作相位。当t=0（即起始时）时的相位φ称作初相位。

15.角频率

角频率指正弦交流电在单位时间内所变化的电角度，用符号ω表示，单位是弧度/秒（rad/s）。角频率与频率和周期的关系为：

16.振幅值

振幅值指交流电路中，在一个周期内出现的电流或电压的最大值。用符号I_m或U_m表示。

17.有效值

有效值指交流电流i通过一个电阻时，在一个周期内所产生的热量如果与一个恒定直流电流I通过同一电阻时所产生的热量相等，该恒定直流电流值的大小称作该交流电流的有效值。用字母I表示，电压有效值用U表示。

对于正弦交流电，其电流及电压的有效值与振幅值的数量关系为：

18.相电压

相电压指在三相对称电路中，每相绕组或每相负载上的电压，即端线与中线之间的电压。

19.相电流

相电流指在三相对称电路中，流过每相绕组或每相负载上的电流。

20.线电压

线电压是指在三相对称电路中，任意两条线之间的电压。

21.线电流

线电流是指在三相对称电路中，端线中流过的电流。

二、数字电路

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理的功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

数字电路与模拟电路不同，它不利用信号大小强弱来表示信息，它是利用电压的高低或电流的有无或电路的通断来表示信息的1或0，用一连串的1或0编码表示某种信息（由于只有1与0两个数码，所以叫二进制编码，如图1-1所示为数字信号与模拟信号波形对照）。用以处理二进制信号的电路就是数字电路，它利用电路的通断来表示信息的1或0。其工作信号是离散的数字信号。电路中的晶体管的工作状态可产生数字信号，即时而导通时而截止就可产生数字信号。

最初的数字集成器件是以双极型工艺制成的小规模逻辑器件，随后发展到中规模逻辑器件。20世纪70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生了质的飞跃，出现了大规模数字集成电路。数字电路最重要的单元电路就是逻辑门。

数字集成电路是由许多的逻辑门组成的复杂电路。与模拟电路相比，它主要进行数字信号的处理（即信号以0与1两个状态表示），因此抗干扰能力较强。数字集成电路有各种门电路、触发器以及由它们构成的各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。一个数字系统一般由控制部件和运算部件组成，在时脉的驱动下，控制部件控制运算部件完成所要执行的动作。通过模拟数字转换器、数字模拟转换器，数字电路可以和模拟电路实现互联互通。

学习数字电路主要应掌握以下概念。

1.组合逻辑电路

组合逻辑电路简称组合电路，它由最基本的逻辑门电路组合而成。特点是：输出值只与当时的输入值有关，即输出唯一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

2.时序逻辑电路

时序逻辑电路简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元器件（电感或电容）的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。

3.数字电路的分类

按电路有无集成元器件来分，数字电路可分为分立元器件数字电路和集成数字电路。

按集成电路的集成度进行分类，数字电路可分为小规模集成数字电路（SSI）、中规模集成数字电路（MSI）、大规模集成数字电路（LSI）和超大规模集成数字电路（VLSI）。

按构成电路的半导体器件来分类，数字电路可分为双极型数字电路和单极型数字电路。

按处理的信号类型来分，数字电路可分为数字脉冲电路和数字逻辑电路。前者研究脉冲的产生、变换和测量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。

4.数字电路的特点

①同时具有算术运算和逻辑运算功能。数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算（与、或、非等），因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。

②实现简单，系统可靠。以二进制作为基础的数字逻辑电路，可靠性较强。电源电压的小的波动对其没有影响，温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多。

③集成度高，功能实现容易。集成度高、体积小、功耗低是数字电路突出的优点。电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元器件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。

数字电路与数字电子技术广泛地应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。