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1、 家电技术讲义 郭光真 第一讲 诸论一、课程由来关于本课程，1990S曾开过几年。初名：家用电子学。后改家用电工电子技术，又改家电技术。意为家用的电工电子技术或家用电器的技术。家用电器技术离不开电工电子技术。主要对象是缺乏电学知识的文科类学生，把电工电子知识和日常生活用电、家用电器结合起来。二、关于家用电器家用电器未见明确定义。能不能说是“使用电的家用器具？”最早是什么？看看历史。电灯：1879年。爱迪生，白炽灯，首先作为路灯，后入家庭。电话：1876年。贝尔。电报：1844。莫尔斯，未入家庭。电视机：1924。贝尔德。 收音机：1920S， 国内，30年前，主要“家电”仅是照明，相当多农村无
2、电。1970S末起步1980S 发展，1990S普及，21C多样化高档化。与国外发达国家水平差距缩小。家用电器的范围。有一本高校教材家用电器与维修技术（似可简称“家电技术”），但其中不含最重要的家电电视机，为什么？广义的“家用电器”：含家用电器产品和家用电子产品。简称“家电”。狭义的“家用电器”：按国家职业技能鉴定（分五级初、中、高级、技师、高级技师）的规定，家电行业维修工分家用电子产品维修工和家用电器产品维修工。家用电器产品：照明、电热、电炊具、空调、洗衣机、冰箱等。家用电子产品：视频产品、音响产品等。另一种说法：黑色家电：电视、音响、VCD、DVD、录像、收音机等。家用电子产品。白色家电(
3、白电)：冰箱、空调、洗衣机等。家用电器产品。还有一个“小家电”的说法，电磁炉、微波炉、电饭锅、家用医疗器械、调光台灯，汽车电器。个人电脑、电话、手机、数码照相机、传真机等本来不在家电范围内，属于信息产业。另有专业维修人员。但更广义的“家电”也包括这些，家电维修杂志有这方面内容，大家电商店也卖手机、数码照相机，但未卖个人电脑。范围日益扩大中。汽车电器兴起。三、关于家电维修行业媒体上有关家电的报道不少，有真有假。家电维修行业，专业队，厂家专业维修队伍；游击队，街头巷尾的维修小店；业余队，业余电子爱好者，教师、知识分子、大学生，如厦大学生社团“电子维修学社”。维修路子 “学院派”。从原理出发，追根究
4、底，专业书杂志，分析透彻。但纸上谈兵，“对号入座”往往找不着，修不好。“经验派”。修好即可，不怎么追求原因，个体户，“游击队”，理论不高。实用为主，混饭吃。“模糊维修”。二者结合较好。1） 尽量找资料、图纸，不盲目下手，扩大故障，越修越糟。2） 无图纸，较简单的，从现象出发，必要是画出草图。3） 观察现象，问、望、闻问 问故障前后情况，变化望 看、观察，有无烧焦痕迹，开路、虚焊，（有时看不出）闻 烧焦气味。4） 记录维修经过，现象，原理探讨，处理结果，做资料备查。复杂电器，数码电视，液晶、等离子，背投，业余者越来越难，专业化，电视机保修35年，业余队、游击队差不多要下课，游击队消亡，让位正规军
5、？悲观论，有一定道理。小家电，冰箱、空调、洗衣机等还有修的余地，原理结构相对稳定。“一手机”，自然损坏的机子。“二手机”，经第一手修过的，未修好，故障可能扩大，维修难度增大。“多手机”家电维修业被投诉爆光不少见。媒体大多是负面报道。黑箱操作，乱收费，漫天要价，以次充好，偷换元件，虚报故障点，扩大维修范围，多收元器件费。不同店开价相差悬殊。低开机费，抬高零配件价格。特别是新型家电，如液晶、等离子、数码相机。利润高。全面看问题，其实维修人员也有苦衷，很多人说钱不好赚。讨价还价，压价，“电视机那么便宜，维修这么贵！不如买个新的。”“不就是焊一下嘛，一个电阻值几个钱？”“没换什么零件，算什么修嘛”。（
6、如孙中山讲的“知难行易”故事，知识不值钱）。不懂装懂，你还没检查，他就下结论“一定是哪个电阻电容坏了”，说等于没说。知道电阻电容不值钱，维修费高不了。也有相反的，首先就想到“是不是显像管烧了？”一下子直奔最大最贵的。两个极端。有一记者三次将无故障电视机的保险管换成熔断的，伪造故障，叫三名维修工来“修”。结果维修费一次比一次高，42、66、120元。于是他写文章揭露维修行业“黑幕”，其实此人不能算“消费者”。类似例子，记者用茶水冒充尿拿到医院去，化验出病来。06/1/1出台家用电器维修服务明码标价规定。开机费，修理费，不同等级的店标准不同。有一个社团电子维修学社，维修机会不多，主要是小电器，台灯
7、、电吹风、随身听（高档的也很难）。培养兴趣，学一点电工电子知识，常见家电基本知识，有机会动动手，理论联系实际，光说不练，不解决问题。有无基础？中学物理学过多少电的内容？理科多些，文科是否停止于初中？中学搞过课外活动？电子制作，机器人大赛，电子测向？家电兴起，有关的新闻报道，轰动一时，或真或假，半真半假，还真不少。有关日常用电、安全用电、节约用电、家用电器的一些媒体报道、传闻、误区和陷阱。举几个例子，谈点个人看法，以后结合具体家电还会再讲。四、家电与健康家电日益普及，一些可能的负面影响出现了。人们对健康越来越重视，越来越关注家电对健康的影响。1、电磁辐射、电磁波、电磁场有害健康。典型说法有：“打
8、手机会致癌吗？”。医生、记者、防辐射产品生产商说“会”，国际专业研究机构说没有确凿的证据表明“打手机会致癌”。是相信个案个例，还是相信大规模对照研究的结果？“小灵通”广告说“远离头晕、失眠、神经衰落，请用小灵通。”“小哥大”是“绿色”的，那“大哥大”？“高压线电磁辐射、电磁场对健康是否有害”？上海一起居民状高电力公司高压线施工案件，原告败诉。云南大理，一村庄村民阻止高压线施工，发生冲突，导致停工数月。厦门一村庄将15起非正常死亡事件原因指向当地的高压线路。17年的争议得出阶段性的结论 17年的争议、500多项结论各异的研究,最后由美国国家研究理事会的一个专家委员会花费两年时间得出一个结果:迄今
9、为止的所有研究都(没有以任何令人信服的方法)证实高压输电线路形成的电磁场能影响人体健康。在上海，有人反对磁悬浮列车。声称磁浮列车驶过,电磁辐射有害沿线居民健康。上海市环保局局长针对媒体广泛关心的正处于论证阶段的沪杭磁悬浮项目指出，从环保的角度来说，距磁浮线路轨道3米处的电磁辐射残留非常少，5米以外基本就没有影响了。但是有人说，“检测不出电磁辐射不等于没有影响”。“宁可信其有，不可信其无”， “宁可信其大，不可信其小”，这是实事求是、客观科学的态度吗？80年代初，有一种“视保屏”，有机玻璃做的，置于电视机屏幕前，说是防电视机的“X线辐射”。事实上，电视机前几厘米处的X线强度已接近于零了！2、“雷
10、雨天打手机会引雷击吗？”有的记者、医生、大学教授说“会”。但防雷技术研究人员说“不会”。应该相信谁？手机发射的无线电波是“导电体”吗？无线电波会使空气电离引发雷击吗？不会。3、“加油站不得打手机”。网上绝大多数消息都说加油站打手机可能引发爆炸事故，但没有说出根据。国外有人在很苛刻的条件下做模拟实验却不会引起爆炸。汽车启动瞬间时所产生的火花比手机产生的火花要大得多，但有人却说“加油站毕竟是为汽车服务的，让大家都把汽车推进加油站是不现实的。” 汽车的火花都不怕，何况手机产生的火花？五、家电与环保“废电池污染环境”网上充斥着 一粒钮扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量；一节一号干电池可使一
11、平方米的耕地永久性的失去使用价值。多系人云亦云。前一句从数量级上就觉得不可思议。有人计算过，纽扣电池中锌粉的含量平均不足200mg，其中汞的含量约占610（目前含量更低，要求在1以下），以汞的含量为10、既每粒纽扣电池中汞的含量为20mg计算，即使其中的汞元素全部溶于水，60万升水中汞的增加量也只不过为3.310-5mg/L，低于地表水环境质量标准（GB3838-2002）类水域关于总汞含量510-5mg/L 的标准。 废电池要不要集中回收？理论上废电池可以回收利用，但实际上有困难。国家环保总局的废电池污染防治技术政策规定，在目前条件下，干电池只要符合国家环保指标，均不鼓励集中回收处理。现在干
12、电池已无汞化，含量0.0001%以下。 “电子垃圾”处理 进口电子垃圾，加工、回收、处理。小作坊严重污染环境，危害健康。正规企业吃不饱。六、不实信息与陷阱 “简易卫星电视接收器”。30元一个盒子，可接收卫星电视，有演示。据说是附近暗藏一个转发器。“节电器” 网上信息极多，曾见在一地摊上播放录像，一台湾口音的人在解释“节电器”原理，还有测试数据，说节电2030%。先从能量守恒来说，同一电器，相同使用条件，输出能量不变，输入能量会变小吗？有的广告更干脆，说节电器“可使电表反转、慢转、不转，节电90%以上”，节电还是偷电？怎样才算“节能家电”？消费者的目的是节省电费。最好是“省电又省钱”，但有时是“
13、省电不省钱”，甚至“不省电又不省钱”。能否“不省电却省钱”？汽车“电子狗”。电子遥控黑秤。考试作弊工具。七、家电奇闻及其他金字塔中发现4200年前的电视机，据说是外星人带来的。 （20亿年前的核反应堆，史前文明）耐电奇人，触火线无感觉，是特异功能吗？ 身上会发“生物电”，治百病。耐电560V，申请基尼斯记录 谜团： 一座带电的桥在铁轨上行走遭电击家中神秘带电，一市民感觉家中到处带电，但太太儿子无感觉家电使用寿命。媒体宣传，彩电平均寿命810年，说“超期服役”会有什么不良后果。但现实中超过10年，乃至1520年的比比皆是，未见寿命将至之迹象。宣传未说明（1）“寿命”的含义，（2）810年是如何算
14、出来的，每天用4小时和8小时年限岂不是差一倍？（3）如何判断寿命将至？谁见过使用10年，不分青红皂白就一锤匝烂报废的吗？国家标准规定显像管寿命不少于15000小时（上限多少？没说），每天看4小时，一年约1500小时，10年为15000小时。新型显像管寿命更长。使用得当，保养的好，及时维修，可延长寿命。个人物品，不可能强制报废。自觉报废，应正确判断已衰老，否则谁会把能用之物丢弃？收废品的会测试是否衰老（方法简便），还可用的组装成“新”电视，除彩管外，其余皆为新，用几年还是可以的，有一定市场。已衰老的他不收购。 课程内容：一上课1预备知识：电工电子基础知识电工电子元器件，如电子管、品体管、电阻、电
15、容、电感基本知识、发展历史等。2典型家电原理介绍：照明、电热、收音机、彩色电视机、冰箱、空调等。发展历史等。3安全用电。穿插讲一些媒体报道的热点问题，正确认识真伪。二动手实践组装6管超外差收音机一台。第二讲 电工学基本知识一电路概念维修家电常常要找资料，找“电路图”。那什么是“电路”？电路的定义，电流的通路，电流流经的路径。电路由三部分组成：电源（信号源）、中间环节、负载。中间环节也有说成“导线、开关”的、不全正确。简单电路由：电源、导线、负载组成。复杂电路中间环节很复杂。电路的作用有两类。强电起电能的传输和转换作用。例，供电电路。发电（机械能电能），变压器升压，电能输送，变压器降压，负载如照
16、明灯、电动机（电能光能、机械能）弱电起信号的传递和处理作用。例，道路上各种穽盖上的标记。电力（强电）、弱电、电信等。实物图实际电子元器件连接而成，复杂时看不清楚。电路图电原理图，由电路元器件符号画成的。图形符号、文字符号有国家标准，电阻、电容、电感、二三极 集成电路、开关、变压器等符号；中、外符号不同。例：电阻国内： 国外：图形符号、文字符号举例。电阻R 电容C 电感L百方针 电源E单刀开关 SW双刀开关 SW选择开关 三刀开关 SW导线交叉不连接导线交叉相连接三极管T二极管D220VM马达电热丝3 关1231 热风2 冷风电路图例子：电吹风常见故障，开关接触不良。二电路的基本物理量电流：单位
17、时间通过某一截面的电荷量。 A，mA；电压：单位正电荷从电场A点移动到B点所作的功，为AB间的电压。V、mV、KV；电动势：电源力所作的功，指电源内部。三电路的基本定律欧姆定律：欧姆研究七年，1826年发表此定律。符合此定律的电阻为线性电阻，白炽灯的灯丝不符合此定律，温度越高，电阻越大，为非线性电阻。I = U/R ，流过电阻的电流与其两端的电压成正比关系。全电路欧姆定律：I = E/（R+r） E为电源电动势，r为电源内阻。碱性电池的内阻小与普通干电池，适用于大电流放电。蓄电池内阻远远小于普通电池，适用于更大电流放电，如启动汽车摩托车。问题：8个干干电池12V，能代替12V的蓄电池来起动汽车
18、吗？电功率和电能：P =UI = I2R ，W、 KW、 W = I2Rt ,。单位焦耳、千瓦时、KWh，原称“度”，非标准单位。电能计量用电能表，俗称电度表。有容量限制，电流安培数。一个用电故事：一个月用电超电能表量程，从00000重新开始计量，有可能吗？四电路的状态1 有载，通路状态 负载与电源接通，用电设备工作的状态。2 电源短路、局部短路。电源短路电流很大，家用电路现常用自动空气断路器（空气开关）来保护。家电里用熔断器（保险丝）。烧保险丝有多种原因，如：电路存在短路，电流过大，保险丝烧得一丝不剩，更换后仍烧；电路正常，保险丝老化，自然损坏，保险丝烧断，一丝尚存，更换后恢复正常。保险丝更
19、换不当，随意加大容量，1A，2A，5A，最后保险丝不烧，电路板烧毁，故障扩大。有时保险丝质量低劣，换后又烧。熔丝特性。熔（保险）丝的额定电流IN，熔断电流（2倍IN），最多2分钟熔断，1倍多IN的熔断时间？见表。延时型熔丝。彩电开机瞬间大电流，运行小电流。保险丝成分为铅锡合金，能否用铜丝代？有条件可以代，应急修理常用。保险丝正常工作电流：在25条件下运行，熔丝的电流额定值通常要减少25%以避免干扰熔断。例如，一个电流额定值为10A的熔丝通常不推荐在25环境温度下在大于7.5A的电流下操作。额定值的百公比熔断时间110%4小时最小135%60分钟最大200%2分钟最大保险丝作用：短路保护，非过载
20、（超负荷）保护。超35%，最长60分钟熔断。电器事故（如电机烧毁、火灾）可能已发生。电源线短路，电器会损坏吗？电器火灾常由电线“短路”引起，保险丝为何不熔断？空气开关为何不跳闸？“据失火这家四岁女儿说，当时，她的妈妈上厕所去了，只有她和两个月大的弟弟在家。突然家里的电灯啪的一声，就爆炸了，紧跟着电线就开始着火。被吓傻的她立即跑到不远的奶奶家。”媒体报道电气事故使用“短路”一词，常有误。短路会引起电压升高损坏电器吗？一报道说“用户超负荷用电产生短路，导致电压异常，电器老被烧坏”。短路会使空气开关跳闸，断开电源。超负荷用电（过载），电压只会降低，电器怎么会烧坏？报道还说“日光灯一闪一闪的”，这是电
21、压低的现象。短路不是超负荷用电引起的。全电路欧姆定律：U=E-Ir 。超负荷用电，I增，U降。家电中元器件击穿造成短路。原因有：（1）元器件老化，质量低劣不符规定要求的；（2）电路故障引起元器件击穿，更换后故障仍在。易击穿的元器件有二三极管、电容器、集成电路，但不要轻易怀疑集成电路，换起来麻烦。3 电源开（断）路，局部开路。电源开（断）路，如保险丝熔断，电器端电压为零，不工作（不工作不等于损坏）。 家电上常见局部开路。一是元器件内部开路。在高压或大电流状态下工作的电阻易变质，阻值变大，甚至开路，外表发黑。也有外表完好看不出的。二是电路板虚焊。焊锡太少，强度不够，热胀冷缩引起。似通非通，敲一敲，
22、拍一拍，又正常了，没规律。查起来很难，一把烙铁修电视机，看似简单其实难，外行人以为一举手之劳。根据经验判断可能的故障范围，把此范围内的焊点全部重焊一遍。也可能是电路板铜箔开裂。 4额定值家用电器铭牌上标明的使用电压、频率、功率等指标即额定值。额定值是使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值，是综合考虑了安全、可靠、使用寿命、制造成本等因素制定的。额定值定得过低，成本高，浪费；过高，不可靠，安全隐患，伪劣产品常这样做。满载：实际电压、电流、功率等于额定值，正常使用；汽车载重比方。过（超）载：实际电压、电流、功率大等额定值，寿命大大缩短； 轻载：实际电压、电流、功率小等额定值，寿命可延
23、长。讲一下节电问题，还有所谓“节电器”。何为“节电”？在相同的效果下，采用节能电器，少耗电，如同亮度的节能灯耗电为白炽灯的1/5。所谓“节电器”据说会使电度表走得慢。40W，220V灯，通电25小时消耗1KWh（度）电能；并上一个节电器，电压、时间不变，会变成0.8KWh？还有0.2KWh到哪去了？人为使电表走慢，不用说做得到做不到，真的做到了，是节电还是偷电？降低电器的使用电压能否节电？有一个白炽灯的例子。220V60W的白炽灯接到110V电源上，功率为几W？能否节电？所谓灯泡节电，是在相同的发光亮度下，耗电较少，才叫节电（能）。220V60W的白炽灯接到110V上，理论计算其功率为15W。
24、这是中学物理的老题目，其实是错误的。由于灯丝电阻是非线性的。电压高，功率大，温度高，电阻大；反之电阻小。60W灯在110V下的电阻要比220V下的电阻小，故功率应大于15W，实际测量大约为1820W。测试表明，降压使用的220V60W灯比220V15W灯要暗，不节电。但寿命可延长，节省灯泡消耗，对彻夜长明灯有利。据说美国有一盏白炽灯已连续亮了96年，估计是在低压下点亮的。 在美国得克萨斯州古老的沃尔夫斯堡歌剧院，一只于1908年9月21日点亮得普通灯泡，直到2004年9月21日才被请下了灯座，人们举行集会庆祝这只长寿的灯泡，该地区也因为这只灯泡而远近闻名。 五、电与磁1电与磁不可分有电路，又有
25、磁路。变压器、电感器，电动机中有电路又有磁路。通过磁来传递能量。电能电能：变压器，电磁电；电能机械能：电动机，电磁机械。磁场与电场有相似之处，电力线，磁力线，磁力线从NS（磁力内部是SN），有单极性电荷（+、-）但无单N、S磁体。磁路，磁力线在铁心中形成闭合的路径。铁心由磁性材料制成，能集中磁力线。磁阻（类比电阻）：磁性材料能集中磁力线，磁阻小；非磁性材料，不集中磁力线，磁阻很大。类比导体和绝缘体。磁性材料：铁族元素及其合金、氧化物，可被磁铁吸引；非磁性材料：非金属、塑料、木材、铜、铝等，不被磁铁吸引。有报道说，一男子“身如磁铁，可吸引任何东西”，此话正确否？“怪坡”有可能是磁铁矿山吗？2、电
26、磁关系的发现19世纪初，科学家大都相信电与磁毫不相干，没有什么关系。1820年，丹麦的奥斯特，发现通电导线周围产生磁场，小磁针偏转，用右手定则判断。“电生磁”现象。长期以来，磁现象与电现象是被分别进行研究的，特别是吉尔伯特对磁现象与电现象进行深入分析对比后断言电与磁是两种截然不同的现象，没有什么一致性。之后，许多科学家都认为电与磁没有什么联系，连库仑也曾断言，电与磁是两种完全不同的实体，它们不可能相互作用或转化。但是电与磁是否有一定的联系的疑问一直萦绕在一些有志探索的科学家的心头。)1820年春，奥斯特安排了一个实验，让电流通过一很细的铂丝，把一个带玻璃罩的指南针放在铂丝下面，实验没有取得明显
27、的效果。1820年4月的一天晚上，奥斯特在讲课中突然出现了一个想法，讲课快结束时，他说：让我把导线与磁针平行放置来试试看。当他接通电源时，他发现小磁针微微动了一下英国法拉第贡献很大。法拉第是书籍装订工出身，文化不高。自荐到戴维（院士）手下当助手，1812年当助手（21岁），1824年当选皇家科学院院士，但戴维反对他当选。电工技术初创时期，理论尚少，（欧姆定律是1826年发表的），是实验性科学，是实验家的天地。后来还有一个报童出身的爱迪生。安培发现磁场对通电导体有作用力。左手定则。英华拉斯顿，想到让电成为动力，即电动机，不成功，不久后放弃。法拉第不放弃，1821年9月3日,第一台电动机诞生。反过
28、来，“磁生电”行否？电能原由化学电池产生，意大利的伏打发明电池，称伏打电池，因成本等问题不可能广泛用作动力。法拉第1821-1831实验十余年。传说一次他生气地把线圈扔进线圈里，检流计居然动了，磁铁抽出，又动了一次。是真的吗？电磁感应现象被发现了！是偶然的吗？法拉第第一次实验法拉第第一次实验是一个变化的电流产生另一个变化的电流。后又继续，共做了五类：变化着的电流、变化着的磁场、运动的磁场、运动的恒定电流、在磁场中运动的导体。最后在1851年总结出电磁感应定律。瑞士科学家科拉顿也在做，未成功。据说是线圈、磁铁在一个房间，检流计放在另一房间。导体与磁场有相对运动，线圈中磁力有变化才产生感应电动势和
29、感应电流这就是发电机原理。准确的说是“动磁生电”，静止状态不生电。法拉第定律判断电磁感应的大小：磁力线（磁通）的变化率越大，感应电动式E越大,磁铁插入拔出越快，E越大；若磁铁不动，磁通再大也不产生感应电动势。美国人约瑟夫亨利发现自感现象。据说他比法拉第早一年发现电磁感应现象，但未发表。焦耳楞次定律解决感应电动的势方向问题：电磁感应产生的电流也会产生磁场（右手定则），其方向是要阻碍外界磁场的变化。外磁场增大时阻碍其增大，减小时阻碍其减小。磁铁插入拔出时电流方向不同。线圈有对抗变化磁场的作用，称为自感现象。自感系数L单位亨利。线圈加变化电压uL变化电流iL变化磁场感应电流感应电流的磁场阻碍线圈电流
30、的变化，故iL的变化滞后于uL的变化；而电阻的电压、电流的变化是同步的。自感系数L即线圈电感量的大小。自感系数L越大，电流的变化率越大，感应电动式E越大。电容器，当外加电压变化时，其充（放）电电流变化超前于电压。六直流电和交流电直流电是大小方向都不随时间而变的电流。重点讲交流电。正弦交流简称交流电。1 交流电的三要素 交流电的表达式 i（1） 频率、周期；其中T 周期（S），f 频率（Hz、KHz、MHz）=2f 角频率，弧度/S，正弦每变化一次2弧度。工频 50-60HZ 音频 20HZ-20KHZ，人耳对高低音不敏感，对1KHZ的频率最敏感。儿童比成人对高音更敏感， 手机铃声小孩听得到，老
31、师听不到。低频（LF）30-300KHZ中频（MF）300-3000KHZ高频(HF) 3-30MHZ基高频(VHF)30-300MHZ特高频（UHF）300-3000MHZ（2） 幅值、有效值幅值即最大值、峰值。上式中的Um ，一个周期内两次最大。有效值是以电流热效应衡量交流电做功能力。与直流电进行对比。以U表示。U、Um关系为Um = 1.41U 。日常用电U =220V，Um310V .交流电中元器件的耐压应按Um来选择，如电风扇的启动电容，耐压250VAC可以，250VDC则不可。（3） 初相位计时起点选择不同， 相位角也不同。两个同频率正弦交流信号比较其相位有：超前、滞后、同向、反相
32、等关系。人耳对频率敏感；眼对相位敏感，电视信号中有复杂的相位关系。2 交流电路中的电感和电容电感加交流电压uL,产生同频率的交流电流iL ,但iL的变化滞后于uL。 电感对交流电有阻碍作用，称为感抗XL ，其大小为XL =2fL，单位欧姆，f是电流的频率，L为电感系数。直流时f =0，XL =0，电感对直流电无阻碍作用，但实际电感器是导线绕的，还有导线的电阻。所以在直流电路中，电感看成短路，但当电感接通或断开直流，电感有作用，会产生感应电动势。电容加交流电压uC ，产生同频率交流电流ic ，但ic 的变化超前于uC 。电容对交流电有阻碍作用，称为容抗XC，其大小为XC= 1/2fC ，单位欧姆
33、。在直流电路中f =0，XC，相当于开路。但当电容接通或断开直流电时，有充放电作用，电路中有电流，此电流并不“通过”电容（电容两极板之间是绝缘的，电子是通不过的），称为位移电流。用指针式万用电欧姆档测试电容（电容量较大，在1F 以上较明显），可见指针摆一下又回位，反接表笔，又见指针摆一下，角度更大，再回位。即电容充放电现象。 XL与XC 总称电抗。R、L、C串联，总称阻抗Z，其大小为（欧姆）不等于R+ XL+ XC。在直流电路中串联总电压=各部分电压之和。在交流电路中串联总电压 各部分电压之和。UUR+UL+Uc。部分电压有可能总电压。可能有UL（或Uc）U。由此可见，交流电路的分析计算比直流
34、电路复杂得多。谐振现象。力学有共振现象，电学有谐振现象。共振是当系统固有频率等于外力频率时产生的，其振幅达到最大。谐振是电路固有频率与电源频率一致时产生的，其电流达到最大。就R、L、C串联电路而言，当电源频率即电路的固有频率时，产生谐振。这时Z最小，电流最大，UL= UcU ，可达到电源电压的几十几百倍。无线电技术中作用于调谐，收音机中选择电台。马可尼（意大利）在一百年前发现了调谐技术，提高了无线电接收的性能。如收音机收到三个电台信号，频率为f1、f2、f3。现调节C（可变电容器）使谐振频率，即突出了f1的信号强度，抑制了f2、f3，于是就收到f1台，提高选择性和灵敏性。 交流电的功率直流 P
35、=UI=I2R 交流 220V40W电感镇流日光灯，电流I=0.36A，PUI，P=UICOS，为u，I的相位差，含电感器、电容器的交流电路，u、I间有相位差，COS称为功率因数，COS1。 此处COS=0.5，P为有功功率，电度表计量有功功率W=PT。L、C为储能元件，理论上不耗能，电度表计量不出。有关“节电器”“节电”的解释。所谓的“节电器”就是电容器。ICI1I日光灯220V功率因数低有何害处。P=UICOS，当P一定，COS，I，线路损失U=Ir也。商家现场演示，在没接节电器之前，电流表显示两盏日光灯的电流是0.5安，接上“节电器”后，电流表显示电流只有0.25安了，说：“因为P=UI
36、，节电50%”，果真如此？并上电容器，提高功率因数，P=UICOS，COS，I，但日光灯电流I1不变，P不变，如果接的是电能表，电能表不可能转慢。如果电流表接在日光灯这边，读数仍为0.5安，不可能变小。作用也有一点，减少线路损失U=Ir ，但有限。如果日光灯换成白炽灯或热水器一类电阻性负载，则I反而增大，就露馅了。白炽灯220V电能表隐藏部分一种是将单相无功电能表的铭牌更换成有功电能表的铭牌，“节电器”只是一个电容对无功电表做出无功补偿，使电能表慢转，对居民家中所使用的有功电能表一点作用没有。另一种则是在电能表接线上动了手脚，未接“节电器”时电能表计量的是灯泡并接一个电阻（该电阻隐蔽看不见），
37、当插上“节电器”后暗藏的开关断开这个电阻，电能表当然会转慢。已经是欺诈行为了。I1三相交流电三火线，一零线，火线间电压叫线电压，380V；火零间电压为相电压，220V。零线接地，与大地等电位，不带电，火线带电。站在地上碰火线会触电。工厂用三相电，大功率电器用三相。家用单相，一火线，一零线。不同楼层接不同相，总体也是三相，尽量分配均匀，但不可能做到对称。零线（干线）中断，引起相电压失衡，有的升高，有的降低，造成事故。有报道，“小偷盗割电线烧坏居民众多家电”，说“导致整栋楼的线路电压升高，多数居民家的电器被毁”，必定还有另一楼电压过低。“架设在楼外的4根电线中的2根零线被人剪去了”，“2”根肯定有
38、误。停电检修后电压上升，误接两火线，时有发生，造成用电器大面积损坏。若系供电失误，造成电器损坏，供电局应赔偿。一报道说“抢修人员说，零线断了，供电线路形成回路，电压就会瞬间从伏升至伏。”不确。 零线断了，除非有一相短路，另二相才会升至伏。“突然来电时电灯很亮，然后在很短的时间内就发生了爆炸，结果灯泡的碎片飞得到处都是，” 供电电压升高主要因为：（1）误接两火线，有这方面的报道；（2）零线（干线）中断。（3）其他偶然原因，雷击瞬间，10千伏高压线搭上220伏民用电线。 3为什么要使用正弦交流电 （1）容易升降电压远距离输电要用高电压、小电流、降低线路损耗，交流易升压，直流不易。有时要用低压也方便
39、。 （2）变化平滑不会引起过电压 正弦函数的导数值最大为1最大的d（sint）/dt =1，导数就是变化率。变化的电流加到电感上会产生感应电压，大小为 ，若L很大，则UL很大。如这样一个波形的电流： 在电流直上直下变化的瞬变化率极大，UL 也极大，会产生危害（但也可用于产生高压）。4、历史上的电流大战发明白炽灯的爱迪生反对使用交流电。爱迪生不仅是个发明家，还是企业（资本）家，他创立了通用电气公司。发明白炽灯，还建造了从发电到输电、供电、配电一整套系统，但都是直流的。直流输电，距离受到限制，远距离线损增大。当时另一位发明家兼企业家乔治威斯汀豪斯，设立交流供电系统，成本低于直流，利润高、客户多；爱
40、迪生已损巨资，利益受损，二人爆发了一场“电流大战”。爱迪生利用人们对交流电的恐惧，当场演示交流电电死小动物，发明电椅，处决死刑犯，使用威斯汀豪斯公司的交流发电机。出版当心!一书来攻击对方。后来还是失败，退出通用公司的经营。这是他一生中的最大错误，一是科学上错了，二是竞争手段错了。 著名电学家特斯拉帮助威斯汀豪斯取得成功。第三讲 电子元器件基本知识电子元件发展经历了四个阶段（代）：电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路。简单介绍发展进程及应用。一、 电子管（真空管）1883年，爱迪生为延长白炽灯的寿命，在实验室无意中发现了热电子发射现象和二极管的单向导电现象，称为爱迪生效应。但他未认识到重要性
41、。时无线电尚未发明。1903年，英国理查逊证实了电子的存在，1928年获诺贝尔奖。1904年，英国弗来明，发明真空二极管。有放大作用。在阴、阳极之间加入一个栅极，当栅极电压有微小变化时，引起阳极较大的变化。“以小控大”，就是放大。结构为圆筒状。作用如“闸门”。初期，他被人当成骗子告上法庭。他说，历史必将证明，我发明了空中王国的王冠。后无罪释放。美国誉为“无线电之父”。电子管发明初期，因真空度不够高，寿命短。后来（1910）德国的哥德发明了抽高真空的分子泵，提高了真空度。从三极管发展到四、五、六、七、八极管。从单一管到复合管，双二极、双三极、三-七极，二-五极管。在一个玻壳内装两个电子管。电子管
42、的弱点：体积大、重量大、耗电大，发热多，寿命短，几千小时1-2万小时。B29轰炸机上仪器装1千只电子管、1万多个无线电元件。1950S1960S逐渐被晶体管替代。但在高频、大功率场合仍有应用。近年又“复活”，在高级音响中，被认为音质优于晶体管。二极电子管原理爱迪生效应阳极栅极阴极灯丝二、半导体晶体管半导体材料单向导电现象的发现。1835年，麦克思发现“不对称导电现象”。1874年，布拉温，硫化物有单向导电现象。1880年，硒整流器。硒（Se）也是半导体。后来发现更多天然或人制矿物有单向导电性。1906年前后，辉铅矿或金刚砂；晶体加金属丝成二极管，用作检波，接触点常调整，找“灵敏点”。性能不如真
43、空二极管，业余爱好者用于矿石收音机无电源收音机，做检波器。1940年，人工纯锗、硅晶体出现，晶体二极管应用。依靠提纯技术的发展。真空二极管加第三极（栅极），有放大作用，半导体怎么加第三极？1945年开始，贝尔实验室，攻关小组。肖克莱（组长）、巴丁、布拉顿。各有所长。肖：理论。巴丁：理论+实践。布拉顿：实验。1947.12.23发现三极管放大作用（图），I1小变化引起I2大变化。1948年专利，1956年诺贝尔奖。1952年，区域提纯法，进一步提纯半导体、单晶体。点接触型。面接触型。1959发明平面工艺。美仙董公司，赫尔尼。晶体片表面进行加工集成电路工艺的前身。微小型化的过程。早期电极几个mm，
44、后缩至0.30.5mm，结面积0.070.2 mm2 。实际上PN结直径只要几十个m。照相，制板，光刻，印刷工艺。1950年芯片2.5mm2/个，到1963年，同面积上可制作125个管。线宽20-30 m。1950S电子管与晶体管竞争。电子管小型化，最小如铅笔粗。60年代晶体管全面取代电子管。（除微波、大功率场合）。苏前期忽视半导体，当锗发展为硅，又忽视硅。造成其电子、半导体、计算机技术长期落后，产品“傻、大、粗、笨。”中国起步晚十年左右。50年电子管。60年半导体。50年电子管计算机。70年大上半导体、全面开花，到处拉单晶，后又下马。Ge活动探针50m固定探针BEC第1只晶体管示意图增益KV
45、=100第1只晶体管 半导体的特点是对温度敏感，性能影响大。锗半导体极限工作温度75OC，锗半导体极限工作温度160OC。二极管、三极管的应用：1 二极管（1）整流低频，检波高频，开关作用导电开关接通，不导电开关断电。特性，单向导电性。整流前整流后i（2）特殊二极管：稳压二极管：有稳定电压的作用；发光二极管LED：作指示灯，未来的照明光源；光敏二极管：光照敏感，电阻变小，电流变大，有可见，红外光敏，用作遥控、检测信号；激光二极管：发射激光，CD、VCD、DVD、CDROM读写激光头。2三极管（1）放大：IB小变化，引起IC大变化。放大作用、控制作用。以小控大。放大系数小信号放大：中频、高频、低频信号放大；大信号放大：功率放大，音响输出；i（2）振荡：产生各种频率的正弦波信号，收音机、电视机的变频。作信号源，测试仪器用。LC振荡器，RC振荡器。（3）开关作用 三种工作状态：放大 截止开关断开，饱和开关接通（4）分类：低频三极管。高频三极管，开关三极管；小功率三极管，大功率三极管。晶闸管，又称可控硅，用于交、直流电压调节。三集成电路（IC）50年后期。晶体管虽小，但数量多，体积、重量也显大了，计算机上百万个晶体管，体积仍很大。接线多，可靠性下降。管芯有效面积仅几十m2，但芯片面积0.5mm2，芯片只占0.03mm，其余为引线、支架、管壳、低座。1960年的一台通用计算机，用了10万
