第一講　維修職業(yè)化訓(xùn)練預(yù)備知識

課堂一　電子基礎(chǔ)知識

一、模擬電路

模擬電路就是利用信號的大小強(qiáng)弱（某一時刻的模擬信號，即時間和幅度上都連續(xù)的信號）表示信息內(nèi)容的電路。例如聲音經(jīng)話筒變?yōu)殡娦盘枺潆娦盘柕拇笮【蛯?yīng)于聲音信號的強(qiáng)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(chǎn)生失真（與原來不一樣）。與模擬電路對應(yīng)的就是數(shù)字電路。模擬電路是數(shù)字電路的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)模擬電路應(yīng)掌握以下概念。

（1）電源

電源是電路中產(chǎn)生電能的設(shè)備。按電源性質(zhì)不同，分為直流電源和交流電源。它們分別將化學(xué)能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。直流電源是由化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的，如干蓄電池和鉛蓄電池；交流電源是通過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。

電源內(nèi)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(guān)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(dǎo)線和控制元器件組成。

（3）電流

電流是指電荷在導(dǎo)體上的定向移動。在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)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(guī)律地發(fā)生變化，稱為交流電流；電流的大小和方向不隨時間發(fā)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)體本身對電流所產(chǎn)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(guān)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(dǎo)體的長度成正比，與導(dǎo)體的截面積成反比，且與導(dǎo)體的本身材料質(zhì)量有關(guān)，其計(jì)算公式為

式中　L——導(dǎo)體的長度，m；

        A——導(dǎo)體的截面積，m²；

        ρ——導(dǎo)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(dǎo)體組成，一塊導(dǎo)體帶正電荷，另一塊導(dǎo)體帶負(fù)電荷。其儲存電荷量與加在兩導(dǎo)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(guān)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(gòu)成具有某種功能的電路。

③利用電容器可實(shí)現(xiàn)濾波、耦合定時和延時等功能。

使用電容器時應(yīng)注意：電容器串聯(lián)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(lián)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(lián)使用時，等效電容的耐壓值等于并聯(lián)電容器中最低額定工作電壓。

串并聯(lián)時的等效電容計(jì)算如表1-1所示。

（7）電能

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

電能用符號W表示，單位為焦［耳］（J）。電能的計(jì)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(nèi)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(zhuǎn)換速度的物理量。假設(shè)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(dǎo)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(diào)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(xiàn)象表現(xiàn)為：當(dāng)線圈本身通過的電流發(fā)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)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(fā)生變化，而在另一個線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這種現(xiàn)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(guān)系為：

1亨（H）=10³毫亨（mH）=10⁶微亨（μH）

電感線圈對交流電呈現(xiàn)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(guān)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(jì)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(guān)，稱為有源支路歐姆定律。有源支路歐姆定律計(jì)算公式為

（11）基爾霍夫定律

基爾霍夫第一定律為節(jié)點(diǎn)電流定律，幾條支路所匯集的點(diǎn)稱作節(jié)點(diǎn)。對于電路中任一節(jié)點(diǎn)，任一瞬間流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和必須等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和?；蛘哒f流入任一節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于0（假定流入的電流為正值，流出的電流則為負(fù)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(shù)和恒等于回路中各電動勢的代數(shù)和。

（12）頻率

頻率是指交流電流量每秒完成的循環(huán)次數(shù)。頻率用符號f表示，單位為赫［茲］（Hz）。我國交流供電的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系是互為倒數(shù)，其數(shù)學(xué)公式為

（14）相位和初相位

在電流表達(dá)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(dāng)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(nèi)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(guān)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(nèi)出現(xiàn)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(nèi)所產(chǎn)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(chǎn)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(shù)量關(guān)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(fù)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(fù)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(shù)字電路

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

數(shù)字電路與模擬電路不同，它不利用信號大小或強(qiáng)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(shù)碼，所以稱為二進(jìn)制編碼，圖1-1所示為數(shù)字信號與模擬信號的波形對照）。用以處理二進(jìn)制信號的電路就是數(shù)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(shù)字信號。電路中三極管的工作狀態(tài)即可產(chǎn)生數(shù)字信號，即時而導(dǎo)通時而截止就可產(chǎn)生數(shù)字信號。

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

數(shù)字集成電路是由許多的邏輯門組成的復(fù)雜電路。與模擬電路相比，它主要進(jìn)行數(shù)字信號的處理（即信號以0與1兩個狀態(tài)表示），因此抗干擾能力較強(qiáng)。數(shù)字集成電路有各種門電路、觸發(fā)器以及由它們構(gòu)成的各種組合邏輯電路和時序邏輯電路。一個數(shù)字系統(tǒng)一般由控制部件和運(yùn)算部件組成，在時脈的驅(qū)動下，控制部件控制運(yùn)算部件完成所要執(zhí)行的動作。通過模擬/數(shù)字（A/轉(zhuǎn)換器、數(shù)字/模擬/A）轉(zhuǎn)換器，數(shù)字電路可以和模擬電路實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

學(xué)習(xí)數(shù)字電路主要應(yīng)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(diǎn)是：輸出值只與當(dāng)時的輸入值有關(guān)，即輸出唯一地由當(dāng)時的輸入值決定。電路沒有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化，類似于電阻電路，如加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)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(zhì)的區(qū)別在于時序電路具有記憶功能。時序電路的特點(diǎn)是：輸出不僅取決于當(dāng)時的輸入值，還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲能元器件的電感電路或電容電路，如觸發(fā)器、鎖存器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、儲存器等電路都是時序電路的典型器件。

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

數(shù)字電路的特點(diǎn)如下：

①同時具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能。數(shù)字電路以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算（與、或、非、判斷、比較、處理等），因此極其適合用于運(yùn)算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

②實(shí)現(xiàn)簡單，系統(tǒng)可靠。以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字電路，可靠性較強(qiáng)。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(shí)現(xiàn)容易、集成度高、體積小、功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)。

電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)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(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展也從元器件級、器件級、部件級、板卡級上升到系統(tǒng)級。電路的設(shè)計(jì)組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對于非標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能。

數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛地應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計(jì)算機(jī)、自動控制、航天等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

數(shù)字電路包括數(shù)字脈沖電路和數(shù)字邏輯電路。前者研究脈沖的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和測量；后者對數(shù)字信號進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。