电气基础知识

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1、电源与负荷 电路的构成 当今丰富快捷的生活离开了电是不可想象的。电在手电筒那种简单的电气用品到电视机、计算机等复杂电子设备方面，在社会的所有领域中发挥着重要的作用。 首先，看一下用干电池燃亮小灯泡的电路，如图1所示，电池，小灯泡、开关靠铜丝连接起来，推动开关S，灯泡就亮。这是由于电流在灯泡通过。这个输送电流的装置就叫电源，电流通过的金属线就叫导线。电流流动的通路叫作电路。电流流动作的工叫做负荷。负荷不仅会使灯泡发光，还会使电热器产生热，使电机产生力。如图2所示，上述灯泡燃亮的回路就是图示符号所表示的部分，即电路图，图3示出图示符号的一个实例。1/1 电压、电流和电动势 灯泡与干电池相连，电流产

2、生流动是由于电池的阳极电位比阴极电位高，电流必定从阳极流向阴极。这样，两个电极之间产生高低之差，该差称作电位差。 如图4所示，电流就像水一样，水从高处向低处流，电流也从高电位方向向低电位方向流动。另外，落差（电位差）越大水流动越佳，电流流动也越佳。从这个角度可把电位差考虑成为使电流流动的电的压力，也称作电压。 总之，如图5所示没有落差，水就不流动，没有电位差，电流则不流动。1/2电池开关灯泡铜丝图1 灯泡燃亮的电路电池开关灯泡图2 电路图品 名直流电源交流电源开 关按钮开关导线交叉连接的部位导线不交叉连接的部位端 子图示符号品 名图示符号接 地保险丝电阻或电阻器 电 容带铁心线圈电 机蜂鸣器或

3、者图3 电气图符号例2/1水位高水位相同水流电流落差图4 有电位差，电流就流动图5 电位相同，电流就不流动水位低2/2 如图6所示，用泵把B槽的水吸到A槽就能使水继续流动。同样，要使电流继续流动，就需要经常形成电位差。这个力就叫做电动势。总之，在电池内部，利用化学作用，在电极之间形成电位差。 利用电动势形成电能的供给源，即电源。此外，产生电动势的还有靠电磁感应作用的发电机，靠光的太阳能电池。 电流的大小和单位 电流用安培A的单位表示。 用1秒钟通过导线截面积的电量的大小表示电流的大小。1A就是电量以每秒1库仓C的比例移动的量。例如，用下式表示七秒内QC的电量移动时的电流IA。 电流I= = 电

4、流的单位常用毫安mA，相当于 =10-3A，微安A，相当10-6A来表示。电量库仓时间秒Qt A11000110003/1 电压的大小和单位 用从低电位到高电位运送1C的电量所需的工作量表示电压的大小，用伏V表示单位。 如图7所示，1V表示电压的大小，就是1C的电量从低电位送到电电位需的所工作量1焦耳J。 电压单位常用千伏KV表示1000V；用毫伏mV表示 V。 直流与交流 正和图8的干电池电流那样，方向和大小都一定的电流、电压叫做直流（DC）。 另外，类似家用电灯线那样的电压、电流，其大小和方向随时间变化而呈周期变化的叫做交流（AC）。110003/2水流电流泵电动势电池太阳能电池发电机图6

5、 产生电位差的电动势高电位1C的电荷产生的工作量=1J低电位图7 实际使用中1V的大小直流（DC）电压或电流值方向大小时间交流（AC）电压或电流值方向大小时间图8 直流（DC）与交流（AC）的波形一定变化4/1电流单位电压单位安培毫安伏微安千伏毫伏1000mV1000mA1000A1000V表1 电流与电压的单位4/2导体的电阻与欧姆定律 电阻与单位 阻碍电移动的导体的性质称作电阻或者单纯地称作阻 力，单位采用欧姆表示。1 表示1A的电流移动而 需要1V电压的阻力的大小。 常用单位有103 千欧、106 兆欧M。 导体与非导体 电阻小，导电性好的物质叫作导体。相反，电阻非常 大，几乎不导电的物

6、质叫作非导体。电阻最小的是银。 但是，价格昂贵。其次是铜，铜作为导线被广泛使用。 与之相应，云母、陶磁、电木等电阻大的非导体因 为不导电，被用作绝缘体。 导体的电阻 导体的电阻值因其材质的差异如图1（a）所示，同一材 质的导体，其截面积（粗细）越大，电阻越小。相反， 长度越长，电阻越大。例如，把电流看作水流，水压 相同、长度相同的管子，粗管子的水比细管子的水的 流动性好，另外，直径相同的管子，短的比长的易流 动。图、1（b）表示其关系。 总之，导体的电阻与导体的截面积Sm2成反比，与长 度1m成正比。5/1 温度引起的电阻变化 物质的电阻值不是固定值，随温度而变化。一般，金 属的温度上升，电阻

7、也增加。相反，绝缘物或电解液 的电阻却随温度的上升而减少。所以，由于温度升高， 电气设备的绝缘有恶化的危险，需要在冷却或耐热方 向研究对策。 欧姆定律 如图3所示，在R电阻上施加VV电压时，可用下式 表示电路中移动的电流IA。 电流I= = A 该公式是欧姆定律，电路中移动的电流与电压成比例， 与电阻成反比例。 该定律是德国物理学家欧姆（1787年1854年）， 于1827年，在金属线的导电率实验中发现的。 欧姆定律适用于直流电路，交流电路中，只适用于只 有电阻器的电路。总之；对于有线圈或电容器的电路， 该公式不成立。电压伏电阻欧姆VR5/2表2 导体、非导体（绝缘体）之例温度俘数材质电阻率

8、10-8银 Ag铜 Cu金 Au铅 Al钨 W铁 Fe白金 Pt铅 Pb镍铬镍电热线（NiCr）锰铜镍线（Cu Ni Mn）1.621.692.402.625.4810.010.521.995113341000.00380.003930.00340.00390.00450.00500.0030.00390.000140.00001材质电阻率m硫10141015云母陶磁器大理石塑料硅油1012以上1010101210510121014以上1012以上电阻的单位欧姆千欧兆欧1K1M截面积电阻 小电阻 大长度相同电阻 小长度短电阻 大长度长图1 同一材质的截面积、长度与电阻值的关系导体非导体金属、不

9、纯水、碳、电解液、动物、地球大理石、陶磁、硫、云母、橡胶、玻璃、绝缘纸、绝缘油、绢、木绵、电木、塑料大 小截面积相同表1表3金属的电阻率与温度俘数(20C)表4 绝缘体的电阻率6/1电压V钨丝灯泡（60W）碳素灯泡（60W）图2 灯泡的电阻变化状况电阻电压VI= A图3 欧姆定律电阻RVR电流A6/2欧姆定律与合成电阻 电流 电压 电阻的关系 如图1所示,向30电阻施加9V电压时,求有多少安培的电 流。利用欧姆定律，则 I= = =0.3A 然后，如图2所示，在30电阻下，移动0.3A电流,应施加 多少伏电压? 利用欧姆定律,已知R I,解V.接下式 I= V=I RV V=0.330=9V

10、施加的电压为9V。另外，如图3所示施加3V电压，0.3A 电流移动的电阻值R如果发生变化则宜。 I= R= V= =30 利用欧姆定律，只要知道电流、电压、电阻中的两个值， 就能求出另一个值。VR930VRVRVI90.37/1 电压 如图4所示，电阻R内如有IA电流移动，电阻的两端 就产生V1=I RV的电压。如图5所示，R1和R2串联时， 电流移动为同IA，在R1的两端产生V1=I R1V电压； 在R2的两端产生V2=I R2V的电压。该电压之和与电源 电压相等，故用V=V1+V2 表示 总之，各电阻的电压与电阻的大小成比例，电源电压被 各个电阻分割。这就叫做电压分配。 合成电阻 一般，几

11、个灯泡与电源连接时，有串联和并联连接，见 图6，把灯泡看作1个电阻，电阻的串联电路、并联电阻 电路如图7所示。但是，几个电阻排列在一起很复杂，把 几个相连的作用相同的电阻当作1个电阻进行计算，就比 较简单。因此，几个相连的电阻作为1个电阻值表示，这 叫做合成电阻。7/2图1 求电流值图2 求电压值图3 求电阻值图4 电压图5 电阻串联的电压图6 灯泡的连接图7 电阻的连接方法串联 并联 串联 并联8万用表的使用方法 万用表的普通使用方法 万用表是检测电路的电压、电流和电阻的简易检测器, 能够检测频率和电容容量。 表针指示（模拟）式 一般，内部电阻低。 因是复数刻度，不太容易识别。 读取精度差，

12、有误差。 检测电压、电流不需要电池。 能够目测电压、电流的变化，易了解变化情况。 在二极管、半导体电路中使用模拟式，能够判断数字 式不能判断的动作。 数字显示式 一般，内部电阻高。 单一的数字显示，容易读数。 读取精度在三位数以上，无误差。 全部检测都需要用电池。9/1 万用表的使用方法 i）检查万用表电源（电池）的消耗情况。 用电阻量程检测万用表试棒的开（无限大）和试棒 的短路（0）情况。 ii）用设定开关切换到要检测内容的高量程侧。然后， 用试棒触及检测电路。 iii）检测电压时，测电路两端的电压；检测电流时，从 电路的中间检测。 iv）内部电阻变化较大时，最好使用高量程检测电压、 电流。

13、 使用注意事项 i）用电流量程或电阻量程检测电压，往往会使检测电 路或万用表破损。 ii）必须切断电路电源之后，再检测电阻、另外，检测 电阻时，试棒有电压，应检查是否会给电路带来影 响。 iii）待万用表稳定之后，再检测。不能检测快速变化的 数字信号。 iv）如果数字显示式万用表的显示发生异常时，检测值 也不可靠，应更换电池并进行检查。 v）使用数字显示式万用表时，应该设定在所需数据能 被检测的量程范围。9/2表针指示（模拟）式数字显示式10 普通型万能表（模拟式万能表）的使用方法 刻度盘的读数 如图1所示，普通型万能表的刻度盘上有各种刻度。 刻度盘的符号及含义 ：检测电阻。 AC50VUP：

14、检测交流50V以上的电压。 AC10V ：检测交流10V以下的电压。 DCV-mA ：检测直流电压和直流电流。 ：检测交流和直流电压。 ：检测电阻。 mA ：检测直流电流。 K ：千 M：兆 ：无限大 使用注意事项 水平放置，正对着刻度盘读数。 指针与左端0位重合。如果不能重合，可旋转调节螺 钉调整。（图2） 不得有强烈的振动或冲击。 不得放置在高温、潮湿的地方。 先确认量程，然后，再检测。改换量程时，试棒应 离开电路。 红色检测插头插入正端子，黑色的插入负 端子。 转换量程，指针应在中央部分摇动。 使用后，拔出检测插头，开关对看OFF。V11/1 直流电压的检测 调节量程开关钮，与指示盘的D

15、CV量程重合。 已知值的场合，在能够测该值的量程范围检测，未 知的场合，从最高量程开始测。 红色试棒触及正极，黑色试棒触及负极进行检测。 图3是干电池电压的检测例。11/2电阻刻度电压、（直流、交流）刻度盘交流10V专用刻度图1 刻度盘与读数方法电流（直流）刻度图2 调零图3 直流电压的检测12 直流电流的检测 作为直流电流表的万能表的刻度与电压表的相同。 切断电路电源之后，注意极性连接试棒。检测时， 接通电源。检测完毕应切断电源，再卸下连接部分。 图4是直流电流的检测例。 交流电压的检测 不考虑正负极性，试棒与检测部位相应，呈并联连 接进行检测。 测电力线，即AC100V、200V时，应充分

16、注意安全 以防触电。图5是电力线的交流电压检测例。 电阻的检测 检测前先调0 。每次改变量程时，都应调0 。 （图6） 即使调零也不指示0 时，说明电池电压不足，应换电池。图7是电阻的检测例。13/1 导通试验 调到测电阻状态的最低量程，检查指针是否摇动。图8 是电熨斗的导通试验例。 普通万能表的应用 （1）检测二极管 如图9所示检测杆与二极管的正向和反向接触。 电阻差越大越好。 （2）检测半导体 调到电阻表量程（1M ）进行检测时，如果如图 10所示则没有问题；PNP形时，如果相反则没有 问题。 （3）数字式 设定在半导体检测量程 + ，与模拟式的相反， 如图11所示红色试棒接触正 极，黑色

17、试棒接触负极，如果导通，就没有问题。 半导体的检测也相同。 13/2图5 交流电压的检测图6 调0图4 直流电流的检测图9 二极管的检测大电阻图7 电阻的检测图10 半导体NPN形的检查图8 导通试验小电阻指针对着0的刻度小数值大数值图11 数字式万用表测二极管导通哪一侧哪一侧14电磁力 磁力线 通过下列实验可了解磁力线的情况。 如图1所示把玻璃板和白纸放在磁铁上，在玻璃上面均 匀地撒一层细铁屑，轻轻敲动玻璃板，铁屑就像照片1 所示那样，整齐地排列形成曲线。 通过实验可假设从磁铁一端的磁极（N极或正极）引出 一条线对着另一端的磁极（S极或负极）。该线叫做磁 力线。照片中，只有玻璃平面排列着磁粉

18、，而玻璃板的 所有角度部分的磁粉都竖着，由此可知磁力线也能穿过 空间。磁力线穿过的空间叫做磁场。 磁力线具有下列性质。（1）磁力线从N极引出对着S极，从S极穿过磁铁内部到 达N极。把磁铁内的磁力线叫做磁化线。（2）磁力线不相互交叉、不中断、不分支。（3）磁力线具有拉伸的橡皮筋的性质，拉伸方向和相反 方向作用着收缩力。另外，同一方向的磁力线之间 作用着相互推斥力。该力叫做磁力。 磁力线的性质：异极相吸，同极相斥（图2）。（4）磁场中，用某一点的磁力线的切线表示该点的磁场 方向，与磁场垂直的平面的密度表示该点的磁场强 度。总之，密度大的部位，磁场就强，小的部位， 磁场就弱（图3）。 15/1 磁力

19、的表示方法 如图4所示，作用于2个磁极间的磁力FN：牛顿的强度 与磁置m1、m2之和成比例，与距离rm的2次成反比。 电流与磁场 在电流通过的导体周围放置铁屑或磁针，则如图5、图6 所示，铁屑有规则地整齐排列，移动磁针，磁针则朝着 一定方向。 该现象与照片1的现象相同，导体因电流而产生磁性。 该电流产生的磁场方向正好与螺纹向电流方向旋进时的 螺纹旋转方向一致。这叫做安培右手螺纹定律（图7）。 另外，图8所示的半径rm的圆形导体中，电流IA向， 右手螺纹回转方向移动，就在中心部分的右手螺纹旋进 方向产生磁场。 了解圆形导体产生磁场的简便方法见图9，右手拇指伸 出，其它手指合拢，拇指所示方向表示磁

20、场的N极，即 电流流过螺线管的方向。利用这种方法就能简便地确定 螺丝管的磁场方向。 15/2磁极电流反电动势反电动势磁极反电动势图6 自感作用断开开关感应电动势电流计图7 互感作用16直流与交流 直流与交流 动电有直流（Direct Current 缩写DC）和交流（Alternating Current缩写AC）。 我们日常生活使用的电或工厂及其它产业使用的大部分 电为交流电，交流电的使用范围之广不可与直流相比。 另外，用电池作电源的建筑机械或汽车使用直流电。 电流电如图1所示，电压或电流和方向不随时间的推移而变。交流电则如图2所示，电压或电流和方向都随时间做周期性变化。我们把交流电中1个波

21、形完成的变化叫做周期或频率。或者1秒钟的周期数叫做频率。用赫（HZ）表示单位。 T（时间）T（时间）图1 直流的波形图2 交流的波形电流1个周期17电阻器 电阻器的结构 收音机、电视机或建筑机械的控制器电路中大量使用 图1（a）所示电阻器。用小刀刮掉电阻器表面的涂料， 可以看到螺旋状凹槽的黑色竖硬层。如图（b）中所示， 这就是磁管表面的碳。 铜（电线）或钨（灯丝）的导电性很好。截面积1cm2、 长1cm的铜丝的电阻为1.6910-6，钨的电阻是它的 3.3倍。而碳的电阻是铜的3060倍。 另外，如图2所示电阻器的磁管上缠绕着镍铬电热丝或 锰铜（铜锰合金）等电阻丝，再涂上深层覆盖搪瓷。 这些电阻

22、丝的电阻是铜的1030倍。 电阻与长度成正比，与截面积成反比。图1（a）的电 阻器作为电阻作用的部分具有图中（b）所示的截面和 长度，可以根据管的粗细或糟的方向确定电阻值。 绕线式电阻器需适当地选择电阻丝的长度和直径，确 定所需的电阻值。18/1 电阻器的种类与特点（）碳膜电阻器如图所示在磁管或者磁棒表面烧附碳形成碳膜。 然后，在碳膜上开螺旋形槽直至所需要的电阻值。 图中（a）是形；（b）是形；（c）的模制 形是酚醛树脂成形的电阻器。 碳膜形电阻最常用，可用于高频率。这种类型的 电阻为。 此外，还有实心电阻器、绕线电阻器、釉线电阻 器。（）可变电阻器 一般，如图（a）所示，旋转轴一转动，金属

23、片一面接触盒内侧粘贴的膜电阻器（在电木绝缘 底板上涂上石墨粉）一面旋转，从正面看，当轴 向顺时针方向旋转时，端子之间的电阻值 增加，见图的（b）。 精密制作的叫做电位计，用于角度传感器。18/2螺线圈铁心钉子图8 电磁铁图9 变压器(带铁心线圈)天线线圈蜂房式线圈调谐线圈图10 天线线圈(空心)高频用(带磁心)低频用(带铁心)图13 扼流圈线圈铁心图14 稳定器(带铁心)18 继电器 给线圈端子施加电压电流就向线圈移动，靠线圈和铁 心形成电磁铁，吸引活动铁片。（图1） 这样一来，COM接点和 b 接点就打开，COM接点与 a 接 点闭合，电流就向a接点侧移动。活动铁片弹簧轭铁铁心线圈COM接点

24、b接点a接点线圈端子图1 继电器的结构20/1 继电器的特性 图2示出代表性继电器的结构及各部分的名称。继电器于1880年用于电信，具有利用电流向励磁线圈流动使接点开闭，起到使电路断续的作用。励磁线圈的绕线电阻可从数数k，可以根据使用电路的情况任意选用。电流通过线圈时，因绕线的电感和衔铁的质量。需要一些工作时间，一般继电器的工作时间在10ms左右，高速继电器的在1ms左右。大部分继电器的接点材料是银。此外，也有钯、白金等合金材料。尚未使用过的接点的电阻为数m，而使用过的则由于电弧在接点表面形成膜，有的可达数百m。继电器的寿命主要决定于接点状态。但是，现在的继电器可达108109次。最近，开发出

25、能够用于半导体的半永久性元件，有着与继电器相同的作用。这种元器件叫做无触点开关，没有机械动作部分，具有工作时间快等特点。但是，现阶段小容量大电力的电路不大采用该种元器件。继电器的优缺点与无触点开关进行比较，在致可分为如下几 点。 继电器的优点(i)因为是金属接点，闭合时 内部电阻非常小；拉开时， 电阻无限大。(ii) 输出电路和输入电路在 电气上完全独 立。(iii) 价格便宜。(iv) 对超负荷，余度大。接点弹簧接点间柱复原挡板衔铁铁心线圈连接板图2 继电器的结构20/2继电器的缺点： (i) 控制所需的输入较大。 (ii) 有活动部分，动作时间长。 (iii) 因有摩损和疲劳现象，寿命有限

26、。 (iv) 开放形接点受潮湿和灰尘的影响，可靠性下降。 另外，继电器的使用方面还有需要注意的问题。由于 温度上升与线圈施加的电力成比例，必须在允许电力 下使用，以免烧坏继电器。 电磁阀 图3是液压式挖掘机使用的电磁阀的剖面。线圈挡块弹簧阀体滑阀图3图4 电磁阀的结构与剖面推杆阀芯磁力线21/1 如图4所示、电流流向线圈就产生磁力线，在线圈内产生贯通线圈的磁束。阀芯（活动铁心）因磁场作用向磁场方向（图2的下方）移动，阀芯移动，通过推杆使滑阀动作，切换电路（油的通路）。 线圈的电流断了，磁力线就消失，也就没有磁场。这一样来，阀芯动作的力就消失，靠滑阀的复位弹簧回到初始（中立）位置。20/2 继电

27、器、电磁阀的浪涌电压 线圈电流被遮断时，有时产生很大的反电动势（530 倍），电子电路的半导体在瞬间被破坏，噪声使电路 产生误动作。需要用二极管吸收浪涌电压。建筑机械 电路（EX200-2等）使用的通用继电器内带有二极管 （也叫浪涌吸收二极管）。开关应考虑使用目的、用途和使用简便性选择开关。除了机械式接点的开关之外，电子回路中使用利用压电元件或传导性橡胶等片状电子开关。机械式接点的开关在转换时，出现振动现象，往往诱发噪音。控制装置的问题除了计算机软件之外，主要是开关或连接器等机械问题。电路符号搬钮开关按钮开关a 接点a 接点b 接点b接点c接点c 接点22电池的种类 通过化学变化获得电能的装置

28、叫做电池。最普通的电池是一种被称作单一、单三的锰电池。这种电池一旦电使完了，寿命也到了，这叫做一次性电池。与之相对，汽车使用的铅蓄电池经过充电还能使用很多次，这叫做二次电池。 干电池 最具有代表性的一次性电池是二氧化锰干电池（也叫勒克朗谢电池），一般叫做干电池。图1示出锰干电池的结构，在圆筒内放置1根碳棒作为阳极，碳棒周围充填二氧化锰和导通性粉末以及氯化铵粉，用电解液锤实成形的去极剂粘紧。去极剂能够防止电动势下降。阳极与阴极的锌筒之间填充以氯化铵和氯化锌为主要成分的电解液，电解液做成糊状填入。 如图2所示根据锰电池的大小，可分为UM-1，UM-2和UM-3，额定电压为1.5V。006P是内部并

29、联6个单电池的层压式干电池，额定电压为9V。 把锰电池的阴极改成锌粉，电解液改成苛性钾，就叫做碱性电池。因其放电过程中电压和电流稳定，最近，经常使用。 此外，还有电子手表用的氧化银电池和汞电池。23/1 干电池的使用方法 （1）电流相同的场合，单1比单3的寿命长，见图4。 可根据使用目的选择适当的电池。 （2）间歇式使用比连续式使用的寿命长2倍以上。 （3）长期不用时，应取出电池。以免电池漏液。 （4）换电池时，应全部换。新旧电池混合使用会增加 电池的负担，缩短电池寿命。 （5）干电池的电压重要的不仅仅是两极间的值，而是 负荷状态下的电压值。 （6）需要大于1.5V的电压时，可串联使用。 （7

30、）干电池不得并联。因为两节电池之间有电压差。 另外，电池内的电阻也有小于0.1的，大循环 电流流动会损坏电池（图5）23/2 铅蓄电池铅蓄电池 如图6所示二氧化铅（PbO2）和铅（Pb）浸泡在稀流酸 中，二氧化铅变成阳极，铅变成阴极，就形成电池。 电动势为2V。铅蓄电池的充放电的化学变化如下式所 示。 电流流动（放电），两个电极都处于相同的状态，用水稀释电解液的硫酸，比重就下降。表2示出剩余容量与比重的关系。测电解液的比重，如果该值小于1.240，用直流电源充电时，需要注意表1的注意事项。极电解液极P b O2 + 2 H2 S O4 + P b（咖啡色） （灰白色）放电极电解液极充电P b

31、S O 4 + 2 H 2 O + P b S O 424/1 完全充电时，电解液比重为1.260的场合，有检测误差。表1 根据电解液比重判断充电状态24/2间距空气室铠装锌筒（阴极）图1 锰电池的结构电解液去极剂碳棒盖（阳极）去极剂电解液锌板碳板(a) 圆形干电池(b) 层压式干电池(c) 层压式干电池单体的 内部结构图2 干电池10连续放电（与UM-1形相同）锰电池电压时间汞电池碱电池图3 各种小型平电池的放电特性图4 干电池的寿命连续持续时间使用电流循环电流循环电流内部电阻图5 并联单1单2单3单4单525 蓄电池容量 完全充电的蓄电池按一定电流连续放电，取放电中端 子间电压达到规定的放

32、电终止电压为止的电量（AH）， 用该电量表示蓄电器的容量。 安时容量（AH）=一定放电电流（A） 到放电终止电压的连续放电时间（H） 这时，完全充电状态的蓄电池用需要20小时的电流比 例，达到放电终止电压（每个电池相当于1.75V）。 蓄电池串联时，容量不变。但并联时，容量是蓄电池 的个数倍。 蓄电池的充电 蓄电池充电时，应清扫电池外面及终端部位，卸下注 入口的塞柱，检查电解液。电解液少时，应补充蒸溜 水。 充电电源 按蓄电池制造厂指定的普通气电电流，或者，小于蓄 电池容量（AM）1/10电流充电。 例：70AH的蓄电池，则701/10=7A 充电量及充电时间 充电量，考虑到蓄电池的效率，按放

33、电量的1.21.5倍 充电。即，按下式计算充电时间。 充电时间（H）=放电量（AH）充电电流（A）（1.21.5)26/1 充电后的状态检查各电池的端子电压电解液的比重气体状态各电池（单槽）的端子电压在2.5V以上，即12V蓄电池，其端子电压在12V以上，每30分钟测1次，连续测3次，示出固定值。比重上升，达到1.260(1.250以上)，每30分钟测一次，连续测3次，示出固定值。产生很多气体。充电中的注意事项 充电器与蓄电池的 极正确连接。 充电中，电解液温度升高，应调节充电电流使温度控制在45C以下。 充电中产生的气体不得接近明火，因氢和氧的混合气体有爆炸的危险。 充电末期，即使比重值稳定

34、了，也应换算到20C，不到1.260的场合，需调节比重。 在塞冷地区，当蓄电池温度低时，如果马上提高端子电压，会很快产生气体，不能充分地充电，所以，应该在温暖的场所充电。 充电结束之后，拧紧注入口的塞柱，清洗蓄电池的表面并使之干燥。26/2电 解 液 比 重剩余容量（%） 100 75 25 0 （全放电）比重1.260的蓄电池比重1.280的蓄电池1.2601.2101.1601.1101.0601.2801.2301.1801.1301.080表2 电解液比重与剩余容量(寒冷地区也能使用1.280的)铅电流二氧化铅图6 蓄电池的原理阳极端子液口栓阴极端子防溅板阴极板隔离板阳极板玻璃纤维板鞍

35、电池槽图7 蓄电池的结构浮标电解液口图8 比重计的比重检测法272. 二极管的结构与工作 二极管的结构 硅（Si）或锗（Ge）的P形半导体与N形半导体按图1所 示接合在一起的，即是二极管。 P形半导体具有电的载体一正孔，N形半导体具有很多自由电子。如图2所示，如果向PN接合的P形施加负电压，向N形施加正电压，正孔就被吸到电源的负电压侧，自由电子被吸到电源的正电压侧，向两端移动，中间部分的电阻很大，电流不能流动。反之，如图3所示，如果向P形施加正电压，向N形施加负电压，正孔和自由电子都向对方移动，电流就移动。总之，N形半导体中的自由电子向电源的负电压推斥，一进入P形，被拉到P形施加的正电压侧，并

36、大量移动。进来的电子与P形的正孔结合并消灭。相反，P形的正孔也向正电压推斥，进入N形；与自由电子结合。可是，由于电源不断地补充正孔和电子，电流就继续移动。但是，电流的方向与电子移动的方向相反，与正孔移动的方向一致。 在PN接合中，电流从P形流向N形，但不能从N形流向P形。这样，电流经常流动的PN就叫做正向。该二极管可采用图4所示的符号表示，箭头方向表示电流流动方向。28/1 二极管的动作 利用电流只从二极管的P向N呈单向流动的特点，二极管可用于将交流改为直流的整流、或取出高频中的声音信号的检波。例如，图5所示，把二极管接在交流电源上，可检查电阻器的电流。交流可改变方向。所以，正向时，如果能确定

37、二极管的朝向为正向二极管流动，负向时，二极管的电流就不流动。总之，交流电压，为负电压时，电阻器的电流不流动，在下侧形成半波、见图5（C）。所谓整流即是使用方向弯化的交流按一个方向流动。28/2自由电子正孔P形半导体 N形半导体P形半导体 N形半导体正孔自由电子图1 P形半导体与N形半 导体接合的二极管正向图2 自由电子被吸引到电池的正极，正孔被吸引到负极，电流不流动。电流流动图3 根据电源情况，正孔和自由电子相互移动，电流向正孔移动的方向流动。表示正向图4 二极管的 图示符号变压器交流输入二极管变压器的二次侧电压波形流向外部电阻R的整流电流波形外部电阻R两端产生的整流电压波形图5 二级管的半波

38、整流图6 二极管剖面的一种（交替整流二极管）绝缘树脂端电极端电极端片状二极管端片状二极管引线（b）反向二极管29/1 1 S 34表示二极元件 半导体产品 登记序号 1N34A（美国方式） SD34（厂家自己定的）图7 二极管的表示例及二极管的各种情况29/2综述（1） 正向特性 二极管在正向电流就流动，灯就亮。这时，电压表的指 针在0.50.8V.（2） 反向特性 二极管进入反向之后，电流遮断。可是，电压再增高， 又向反向流动。该电压叫做击穿电压，是使二极管损坏 的电压。 检测结果见右图的曲线。 但是，检测值因温度和元件允差的不同有些差异。 从图中可知，二极管电流只向正 向，即箭头所示方向流

39、动，可以 不考虑反向电流。 再者，为了使正向有足够的电流、 硅（Si）需0.6V电压，锗（Ge） 需要0. 3V电压，小于该值时，几 乎不流动。 如果进一步增加正向电压，二极 管的内部电阻则迅速减小。正向反向电压正向电压结构（例） 结构 符号逆30 直流电源电路的结构与工作 电源电路如图1所示为了得到所需的直流输出，使用了电源变压器。由预先将商用交流电源（AC100V）改变成适当的交流电压的变压电路、把交流变为直流的整流电路以及减少脉动的平滑滤波电路构成。 变压电路 变压电路中使用电源变压器。变压器的构造，用数片薄硅钢片重叠起来形成铁心，在铁心上绕一次线圈和二次线圈。两个线圈之间的关系为V2/

40、V1=n2/n1 = i1/i2（V：电压；N：绕线数；i：电流），根据线圈的圈数，就能获得所得所需的电压。另外，还可根据电源的频率选用50HZ或60HZ 。如果把50HZ当作60HZ，则会产热，不能使用。 整流电路 变压电路获得的交流电压可施加到整流电路上。把交流改变成直流的电路元器件有二极真空管、整流用二极管。这里考虑使用二极管。整流电路正如图2所示因二极管的连接方式不同有各种方式。但大致分为半波整流方式和全波整流方式。31/1（1） 半波整流方式的原理 如果在图3的电路上施加交流电压，变压器二次测出 来的电压和电流仍是交流波形。如果通过二极管， 则只能出现交流波形的一半波形。原理见图4。

41、（2） 全波桥式整流方式的原理 图5示出全波桥式整流方式的结构。图5的（1），当a 侧的电位比b侧高时， D2和D3导通，电流流动如图中 所示，施加的交流电压的最初半周期AB被整流。 下一个半周期，当b侧的电位比a侧高时，如图5（2） 所示，D4与D1导通，电流流动如图所示，交流输入 的BC被整流。 由于电流在负荷电阻RL中向同一方向移动，这些被 整流的脉动电流合成图中（3）所示波形。 平滑滤波电路 来自整流电路的电流频率与输入的相同。所以，输出电压就产生脉动。因此，接近直流时，应尽量减少输出电压中所含的脉动，故而，采用电容器、电阻器复合的平滑滤波电路。其原理见图6。 在图中的AB之间，通过二

42、极管滤掉的脉动电流使电容器C充电，在BC之间，因来自变压器的电流不流动，所以，充电电流通过负荷电阻RL放电。另外，在CD之间，交流电压比电容器的电压高，所以，电容器充电，能够获得脉动很小的电流。实际使用的电路中连接了多级电阻器或电容器，进一步减少脉动电流。31/2稳压二极管 正向时，电流的移动与二极管相同，在0.7V前后，位电压下降，正向时，其性质与二极管相同。 反向时，与二极管不同，达到某个电压以上，电流开始流动，电压也上升。即使这样，稳压二极管的两端的电压也不变化，保持一定。 稳压二极管在正向时，电流流动与二极管一样。反向时，如果超过某个电压，电流也向反向流动。（该电压因稳压二极管种类而异

43、）。 （稳压二极管可作为检测传感器使用，检测电压是否稳定） 检测结果见右图。（但是，检测值因温度或元器件的允 差不同而异）正向反反向电压正向电压稳压二极管8V稳压二极管326. IC的结构 何为IC IC（集成电路）是构筑电子时代的重要电子元件。IC中装了大量的电路元件（半导体、二极管、电阻器、电容器），但体积很小，可放在手指上。这样小的IC当初仅仅为了把电路元件的重要部分集中起来制作。 例如，一般使用的半导体。作为半导体使用，真正要用的仅是半导体。半导体很小，需要保护，并考虑使用的便利性，就需要容器和导线，结果体积增大（图1的（a）。然后，再把每个半导体的导线焊起来，形成电路（图2的（a）。

44、 当不需要大量相同的电路时，开始考虑仅把电路元件的重要部分集中起来，以代替多个电路元件焊起来形成电路的方法。基于这种构思而制作的就是IC。所以，IC 中的电路元件和单独的电路元件的工作原理没有大的差别。但是，IC中的电路元件从一开始就做成一体的，不能分解（图1的（b）。 * IC=Integrated Circuit33/1 IC的结构 IC的种类很多。这里例举代表性的半导体IC加以说明。 半导体IC系使用数毫角的极薄的硅晶片，在硅晶片的内部或表面制作半导体、二极管、电阻、有时也制作电容器等电路元件。硅是最常用的半导体材料。在硅内加入少量的硼或磷等元素，就能得到P形或N形半导体。 另外，电阻器

45、或电容器的电路元件也用P形和N形的硅半导体制作。不纯物的添加方法和添加量决定了电阻器或电容器的值。 IC的制作 在1片硅晶片上，按不纯物排列的顺序，在规定的部位添加规定量的不纯物，能够同时制作出各种各样的电路元件。电路元件可以靠得很近，可以在很小的面积内装入很多元件。有了元件，再把元件与元件连接起来。为了形成电路就需要配线部分，把铅做成薄片。最后，在表面履盖结实的薄膜，就成了IC（图2的（b）。 由于IC很小，如果用大的硅片作电路板，一次就能制作大量相同的IC。就减少了每个IC的制作费用。一次制作完毕。然后，把大硅片电路板切开，分成1个1个IC。33/2 实际上，IC的小电路部分是封装在容器中

46、的。电路与容器的端子用里面的细金属丝连接。这可防止半导体部分受潮湿、热或振动的影响，方便使用（图3）。保护容器半导体的结构导线放大图细金属丝半导体保护容器半导体IC细金属丝放大图导线IC结构电路例由单个元件组成P形基板电阻几十分之1 mm2个二极管半导体电极图2 半导体与IC的比较（电路）图1 半导体与IC的比较（元件）（b）IC的结构例34/1硅片（直径50mm100mm，厚度1 mm以下）同时制作大量电路相同的IC切割IC封壳体固定在壳体上，用细线配线（结合）图3 IC制作过程金属容器扁平封装双列直插式封装微型浸渍式图4 IC的各种封装34/2传感器的应用把物理量、化学量转变成与之成比例的

47、电流、电压、电阻等电量的元件或零部件叫做传感器。转变成相关的电量，使用则很方便。例如，该量虽然很小，但易放大。图1示出已知某装置内产生的物理量或者化学量，利用传感器将与该量成比例的电气量取出，可在指示电路或者显示电路反映出该量的大小。另外，控制物理量时，先判断变换量的大小，使之反馈回装置，也能控制原来的物理量。所以，这种电路叫做控制电路。装置物理量化学量传感器电气相关的量显示电路控制电路反馈图1 传感器的应用开关保温箱温度传感器控制电路图2 恒温箱图2例举的是恒温箱。保温箱中装有加热器。利用温度传感器检测保温箱内的温度T。然后，与想保持的恒定温度T0比较，如果温度T高，就切断开关。温度下降，开

48、关就导通，温度就上升。这时，T及T0。变换成与该温度成比例的电压接入控制电路。改变设定值T0，就能使保温箱保持任意温度。实际上，传感器、控制电路和开关都装在保温箱内。这叫做恒温箱。35/1 各种传感器 表中示出传感器的种类。后面介绍几种传感器的实用例。检测对象传 感 器光电晶体管、Cds热电偶、白金测温电阻、热变阻器、双金属、半导体半导体压力传感器、压敏二极管、压敏晶体管、应变片、压力开关钛酸钡振子、PZT振子、铁素体振子多孔陶瓷传感器霍尔元件、磁电阻元件电位计、无触点开关、舌簧接点开关接触燃烧式气体传感器、半导体气体传感器、r-Fe2O3气体传感器pH传感器GM计数管、闪烁计数管光温 度压

49、力超声波湿 度磁 力位 置气 体水 质放射线35/2温度传感器 温度传感器可分为：利用热电动势的热电偶温度传感器；利用金属的电阻温度特性的测温电阻元件传感器；利用半导体的电阻值因温度而发生很大变化的半导体传感器。热变阻器温度传感器 热变阻器自身的电阻值：随温度的变化而变化，大部分是陶瓷制作的半导体传感器。 有电阻值随温度的上升而增加、随温度的上升而减少的传感器。电阻值的变化虽然不太大，却能进行高精度的检测。 发动机中使用热变阻器的水温表用温度传感器。该传感器的电阻值随温度的上升而减少。其结构如图1所示。导线热变阻器对象物图1 温度传感器的构造36/1图2 热变阻器的特性例元件的电阻合成电阻热变

50、阻器温度热变阻器的电阻RTK的温度特性如图2的（a）所示，线性不好。热敏温度计中为了对此进行修正，与其他电阻相连，见图的（b）。结果，该合成电阻R K 的温度特性使线性变好。36/2接点支点固定接点活动接点弹簧弹簧工作轴活塞热敏元件图3 温度传感器的内部结构 （接点ON时）活塞活塞蜡套管蜡套管图4 热敏元件水温过热开关该开关利用了蜡随温度高低而膨涨的特点。接点ON时（图3）一送到设定温度，热敏元件内的蜡就膨涨，活塞上升。活塞上升，轴以及与轴成一体动作的工作轴就上升，推压开关的弹簧。弹簧受压，弹簧内安装的活动板以支点为中心旋转，使活动接头与固定接点接触，接点闭合。热敏元件的动作金属容器内封装的蜡

51、的体积随温度升高而膨涨。（图4 -（a）。一达到设定温度，压缩套管，就向外推压活塞（图4 - （b）。37 压力开关当液体或者气体的压力一达到设定值，电气接点就开闭的开关。经常用于监控压力或控制油压及液压装置。压力开关常用作发动机油压警示灯的传感器。（图1、图2、图3）当油压升到设定压力，隔膜被推压，接点拉开，警示灯熄灭。发生异常压力下降时，隔膜靠弹簧的弹力推回，接点闭合，警示灯点亮，通知出现异常情况。压力开关中还有一种压力超过设定压力，接点才闭合的开关（EX200 - 2 P开关）。接点压力弹簧图2 压力开关的构造图1 压力开关的外观隔膜38/1油压、指示灯正压、接点式压力传感器压力图3 压

52、力开关的动作也能用作检测空气滤清器塞堵检测等检测负压的压力开关（压力开关）。38/2舌簧接点开关燃料余量油位传感器 浮子内装有磁铁，舌簧接点开关的接点受磁铁作用而ON、OFF。连线用导线（防水型）橡交套管中继配线板外壳油位传感器内部电路图24V灯泡负荷管（绝缘及防振）油面磁铁（铁素体）浮子（发泡橡胶）挡块E形圈图1 燃料余量油位传感器的结构安装面39/1玻璃管导线接点惰性气体永磁铁图2 舌簧接点开关式传感器的结构和原理舌簧接点开关式传感器以永磁铁为介质，利用开关使磁束进行连接、断开变化。舌簧接点开关的结构见图2所示。舌簧被封装在玻璃管的中间。舌簧往往采用镍合金磁性体。当永磁铁靠近开关时，就形成

53、磁束，舌簧的接点部分N和S被磁化，N和S的舌簧接点相互吸引，则导通。39/2压力传感器有各种类型的压力传感器。图1例举的实例则利用了在半导体上施加压力，电阻值就发生变化的性质。传感器的安装方式为螺纹式。图2（a）是使用该压力传感器时的电路，图（b）示出输出电压的压力特性。压力传感器的使用范围很广，不仅能够测油压，还能测空气压力及血压。压力传感器压力传感器压力输出电压输出电压油图1 螺纹式压力传感器图2 压力传感器的电路及输出电压的 压力特性（例）地线 输出电压电源电压（5V）图3 P传感器40/1磁传感器 霍尔元件 GaAs、InSb等霍尔元件经常作为磁传感器使用。图1示出如果在霍尔元件上相互

54、垂直的施加电流IA和磁束密度BT的磁场，两个垂直方向就产生与I及B成比例的电压VHV。这个现象叫做霍尔效应。该电压叫做霍尔电压，可用下式表示。 VH=RHIB （比例常数RH：霍尔常数） 图2示出霍尔元件的特性。周围温度霍尔元件磁场（磁束密度 BT）电流霍尔电压图1 霍尔效应的原理磁束密度B图2 霍尔元件的特性霍尔电压40/2 DP传感器 利用磁铁的磁力强度检测霍尔元件与磁铁之间的距离， 以检测油压。霍尔元件磁铁输出执行元件B泵压A图3电源压差图4输出电压简易检测 施加5V、输出0.5V。41 磁阻元件 磁阻元件是一种利用磁场强度改变电阻值的半导体元件。永磁铁磁阻元件旋转输出图 5上限点（20

55、）中点（0）下限点（-20）有效直线部分传感器输入角度图 6传感器输出（分压比） A传感器 元件的电阻值随永磁铁与磁阻元件之间的角度而变化， 利用这种变化检测角度。壳体HIC导线导线安装板图7 倾转角传感器剖面图磁铁轴磁阻元件铁P.C.B42角度传感器 角度传感器适用于检测EC马达的位置以及铲斗的位置（检测计算动臂、斗杆、铲斗的移动角度）。 图1 角度传感器在电位计两端的端子施加5V电压，取出通过中间端子变成信号的电压。信号A-D转换器模拟输出43 电子元器件与机械零件一样，正确使用不会发生损坏。下面例举不正当使用造成的意外损坏。绝对最大额定 电子元器件的样本和规格中应注明超出规格会对元器件造

56、成损坏的条件。这叫做绝对最大额定。对于液压装置系指接近破坏压力的指标。 温度 电子元器件不耐温。尤其是IC类半导体，如果温度达到150C就会损坏。该温度不是气氛温度，是指半导体内部接合部的温度。零部件工作时，消耗电力所产生的热会造成影响。所以，实际使用时，尽量降低气氛温度。可采限冷却或散热的方式降温。 一般，低温下，仅仅停止工作，不至于损坏。如果温度回升，又能恢复工作。但有的元器件会因低温而受损（电解电容器等）。 一般，工作时和保存时的绝对最大额定温度值不一样，应该分别规定。44/1 电压 如果给液压装置施加过大的压力，装置就会损坏。同样，如果给电子元件施加大于绝对最大额定电压，也会损坏元件。

57、该电压应该是稳定的，即使在较短的时间内施加过大的电压也很危险。如果连接部位松动，发生瞬间分离（也包括开关的开闭），会产生浪涌电压。另外，发动机转动时，去掉蓄电池也会产生浪涌电压。 静电会形成非常高的电压。所以，干燥季节，不注意触及IC，人体带电的静电也会损坏IC类元件。 电流 当然，流过电子元件的电流的大小有一定限度。另外，电流增大，损耗电力也增加，由于发热，温度就升高。所以，应与气氛温度相应地控制电流。 尤其是半导体等使用大电流的元件，在设计时就应考虑散热问题。妨碍散热，也会造成元器件损坏。44/2电子装置的使用（1）接地端子应切实地与车体连接。否则工作中，由于振动使接地端子脱落，而损坏半导

58、体。（2）发动机转动中，卸下蓄电池，因峰值电压100150V而产生大能量的浪涌电压，损坏元件。蓄电池的端子松动也会发生相同的现象。卸下蓄电池时，必须将钥匙开关置于OFF。（3）使用配备了继电器等线圈的设备时，也会产生浪涌电压，发生故障，需要采用浪涌抑制二极管。（4）电气配线和连接器 各传感器、输出部分（显示部分）和控制装置之间的配线连接应该使用适合于电子电路的弱电（15mA）的多极连接器。 由于电流小，连接器内的连接部位稍有“污染”，接触压下降，也会阻碍信号传送。连接器造成的故障已占电子电路故障的一大部分。 连接器的拆卸：（i）去掉锁紧，（ii）拿着连接器机 体（iii）尽量向上直着拔出。 拉着电线拔连接器，会使连接内部端子变形，或拉断 电线。 连接器的拆卸安装允许次数为50100次，不必要插拔 会减少使用寿命。 试验检测时，试棒必须从电气配线侧接触。 如果把试棒插入连接器的端子侧，会扩大插孔，形成 接触不良的隐患。 45/1 图1 试棒的触及方法 卸下连接器时，不得粘附水、油和灰尘，否则会造成接触不良。拆卸时，应 该先将周围擦拭干净。45/2