永大小機房調(diào)試試運轉(zhuǎn)教材

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一、電子基礎(chǔ)知識

第一節(jié)、微機原理

一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換

1.數(shù)制：

用數(shù)字量表示物理量的大小時，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，因而必須用進位計數(shù)的方法組成

多位數(shù)碼使用。把多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進位規(guī)則稱為數(shù)制。常用的

數(shù)制有以下兒種：

①卜進制：這是最常使用的進位計數(shù)制，它的每位有0?9十個可能的數(shù)碼，超過9的數(shù)必須用多位

數(shù)表示。其中低位數(shù)向相鄰高位數(shù)進位時，遵循的原則是“逢十進一”。我們知道。?9中任意一

個數(shù)字符號在不同的數(shù)位所表示的值是不同的。例如：333.3,小數(shù)點左邊第一位的“3”代表的值

是3本身，而小數(shù)點左邊第二位的“3”是由第一位經(jīng)過“逢十進?”而得到的，所以它所代表的

值應是3X10）而左邊第三位的“3”的值應為3X10%同理，小數(shù)點右邊的“3”代表的值是3

X10那么整個數(shù)值可以表示為:333.3=3X102+3X10'+3X10°+3X101?

可見，每一個數(shù)位有一個基值與之相對應（十進制數(shù)的基值為10）。例如上例小數(shù)點左邊第

一位的10°,第二位的10,……我們把這個基值稱為權(quán)。每一位數(shù)的權(quán)值大小是不同的，用通式表

示為10',i為正數(shù)說明該權(quán)為小數(shù)點左邊的第i位（小數(shù)點左邊第一位為第0位）的權(quán)，i為負

則說明10'為小數(shù)點右邊第i位的權(quán),一個十進制數(shù)的值可以用它的權(quán)展開表示，例如：143.75=1X

102+4X10'+3X10°+7X10'+5X102,那么，任意一個十進制數(shù)則可表示為:

1i22!

D=Ki-lX10'+Ki-2X10+—+KiXlO'+KoX10°+K-,X10'+K-2X10+-+K-iX10

=EKiX10'

其中Ki為第i位的系數(shù),它是任意一個十進制數(shù)。

②二進制：在數(shù)字電路中，器件一般具有兩種穩(wěn)定的物理狀態(tài)。因此，在計算機中數(shù)是用二進制表示

的，這樣既簡單直觀又可靠。

一個二進制數(shù)具有以下兩個基本特點：

a.具有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1；

b.逢二進位。

用通式表示為D=￡KiX2，

二進制數(shù)的權(quán)為2’,通常用數(shù)字后跟一個英文字母來表示該數(shù),十進制用D,二進制用Bo

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各位二進制數(shù)碼乘以與其對應的權(quán)之和即為該二進制數(shù)相對應的卜進制數(shù)，例如：

1011100.1O111B=1X2fi+oX25+1X24+1X23+1X22+0X2‘+0X20+1X2'+0X2々+1X23+1X2-4+1X25

=92.71875D

③十六進制：在計算機內(nèi)部，數(shù)的運算和存儲都是采用二進制的。但是，二進制數(shù)對于人的閱讀、書

寫及記憶都很不方便。十進制數(shù)雖然是人們最熟悉的一種進位計數(shù)制，但是它與二進制數(shù)之間并無

直接的對應關(guān)系，因此，使用2n作為基數(shù)的數(shù)制便成了一個很自然的選擇。常用的有十六進制及

八進制。

十六進制數(shù)的每一位有十六種可能出現(xiàn)的狀態(tài)，分別用0?9、A(10),B(ll),C(12)>D(13)、

E(14)、F(15)表示，也就是說十六進制的計數(shù)基數(shù)為16,且遵循“逢十六進一”的進位方法，通式

為D=ZKiX16i；第i位的權(quán)為161,十六進制的數(shù)字后跟英文字母H。

例如：2A.7FH=2X16'+AX160+7X16'+FX162

=42.49609375I)

④八進制：八進制的計數(shù)基數(shù)為8,每位有0?7八種可能的數(shù)碼，并“逢八進一”。數(shù)字后跟英文字

母0,八進制通式為D=EKiX8',第i位的權(quán)為8、(目前永大日立電梯設(shè)計中尚沒有用到此進

制)

計算機中存儲信息的基本單位為二進制位(Bit),它可以用來表示0和1兩個數(shù)碼。此外，由于

計算中常用的字符是采用由8位二進制數(shù)組成的一個字節(jié)(Byte)來表示的，因此字節(jié)也成為計算機中

存儲信息的單位，而字節(jié)的整數(shù)倍稱為字。八位或十六位二進制數(shù)可以用兩位或四位十六進制數(shù)表示。

它們的對應關(guān)系為：

二進制數(shù)0000000100100011010001010110011110001001

十進制0123456789

十六進制0123456789

二進制101010111100110111101111

十進制101112131415

十六進制ABCDEF

例如：00011110可表示為1EH；0010010110011111可表示為259FH。

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二、數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

對于同-數(shù)值，雖然有不同的數(shù)制表示方式，但該數(shù)值并不會因為表示方式的不同而發(fā)生質(zhì)的變化。

所以，不同的進制數(shù)之間存在一個等值的關(guān)系。

1.二、十進制的轉(zhuǎn)換：

把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為等值的十進制數(shù)稱為二、十進制的轉(zhuǎn)換。

二、十進制的轉(zhuǎn)換比較簡單，只要把二進制數(shù)按其通式D=EKiX2'展開即可。

例:1011.O1B=1X23+0X22+1X2'+1X2°+0X2-1+1X2'2=11.25D

2.十、二進制的轉(zhuǎn)換：

把十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為等值的二進制數(shù)稱為十、二進制的轉(zhuǎn)換。

①降密法：

首先寫出要轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)，其次寫出所有小于此數(shù)的各位二進制權(quán)值，然后用要轉(zhuǎn)換的十

進制數(shù)減去與它最接近的二進制權(quán)值，如夠減則減去并在相應位記以1；如不夠減則在相應位記0

并跳過此位，如此不斷反復，直到該數(shù)0為止。

例1：N=117D；

小于N數(shù)值的二進制權(quán)為64、32、16、8、4、2、

對應的二進制數(shù)是1、1、1、0、1、0、lo

計算過程如下：117-2=117-64=53(%=1)

53-2=53-32=21(a5=l)

21-2'=21-16=5(aFl)

(a3=0)

5-22=5-4=1

(a2=l)

(ai=0)

1-20=1-1=0(ao=l)

所以N=117D=1110101B

例2：N=0.8125D

小于此數(shù)的二進制權(quán)為0.5、0.25>0.125、0.0625；

對應的二進制數(shù)為0.1101

計算過程如下：0.8125-2=0.8125-0.5=0.3125(bi=1)

0.3125-2&0.3125-0.25=0.0625

(b2=l)

(b3=0)

0.0625-2T=0.0625-0.0625=0(bpl)

所以N=0.8125D=0.U01B

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②除法(適用于整數(shù)部分)：

把要轉(zhuǎn)換的卜進制的整數(shù)部分不斷除以2,并記下余數(shù)直到商為0為止。

例N=117D

117/2=58(a0=l)

58/2=29(ai=0)

29/2=14(a2=l)

14/2=7(03二0)

7/2=3(aFl)

3/2=1(a5=l)

1/2=0(a6=l)

所以N=117D=1110101B

③乘法(適用于小數(shù)部分)：

對于被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)的小數(shù)部分不斷乘以2,并記下其整數(shù)部分，直到結(jié)果的小數(shù)部分為0。

例N=0.8125D

0.8125X2=1.625(bi=l)

0.625X2=1.25(b2=l)

0.25X2=0.5(b：F0)

0.5X2=1.0(bi=l)

所以N=0.8125D=0.1101B

3.二、十六進制轉(zhuǎn)換：

四位二進制數(shù)恰好有十六種狀態(tài)，而且當我們把四位二進制數(shù)看作一個整體時，它的進位輸

出又正好是逢十六進一，所以從低位到高位將四位二進制數(shù)代之以等值的十六進制數(shù)便得到了對

應的十六進制。

例：0101111010110010(B)

=5EB2(H)

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三、碼制及常用編碼

1.碼制：

不同的數(shù)碼不僅可以表示數(shù)的不同大小，而且還能用來表示不同的事物，在后一種情況下，這

些數(shù)碼將不再表示數(shù)量大小的差別，而只是不同事物的代號而已，這些數(shù)碼稱為代碼。例如運動員

號碼布上的號碼，僅代表不同的運動員，失去了數(shù)量大小的含意。

為了便于記憶和查找，在編制代碼時總要遵循一定的規(guī)則，這些規(guī)則叫碼制。

例如，用四位二進制數(shù)碼表示十進制數(shù)0?9這十個狀態(tài)如下：

十進制代碼

00000

10001

20010

30011

40100

50101

60110

70111

81000

91001

權(quán)8421

由上表可看出，如果把每?個代碼看作一個四位二進制，各位的權(quán)依次為8、4、2、1,那么每

個代碼的數(shù)值恰好等于它所表示的卜進制數(shù)的大小，因此，又將這種代碼的碼制叫做8421碼。

2.常用編碼：

①8421碼（BCD碼）：

如果把8421碼的每一位代碼看作?個四位二進制數(shù)，則每一位的權(quán)值是固定不變的，我們稱

這樣的代碼為恒權(quán)代碼。

②由于機器的所有數(shù)字和信息都是以二進制形式表示的，所以，字母和字符也必須按特定的規(guī)則用

二進制碼才能在機器中表示。目前，在微機中最普遍的是采用ASCII（AmericanStandardCode

forInformationInterchange美國標準信息交換碼）碼。它采用七位二進制編碼，故可表示128

個字符，其中包括數(shù)碼（0?9）,以及英文字母等可打印的字符，它的第八位通常用作奇偶校驗位,

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3.數(shù)字電路：

①數(shù)字信號和模擬信號：

某一類物理量，它的大小隨時間在一定范圍內(nèi)連續(xù)平滑變化，具有該范圍的全部數(shù)值，其取值

是無窮多的,這一類物理量叫做模擬量。我們把表示模擬量的信號叫模擬信號；還有一類物理量，

變化時在時間和數(shù)量上是離散的，即變化在時間上不連續(xù)，總是發(fā)生在一系列離散的瞬間，其最小

數(shù)量單位是整數(shù)倍的，小于這個最小數(shù)量單位的數(shù)值無任何物理意義，這一類物理量叫數(shù)字量。我

們把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。

②數(shù)字電路：

用于處理數(shù)字信號的電子電路，叫做數(shù)字電路。由于數(shù)字信號在時間上不連續(xù)，在數(shù)值變化上也不連續(xù)

因而數(shù)字電路所研究的只是信號的有無，而不是信號幅度的大小。信號幅度的大?。ǜ呋虻停┲灰?/p>

明確區(qū)分信號的有或無便足夠了，所以，組成數(shù)字電路的基本單元電路比較簡單，對元件的精度要求

也不高，特別適宜于集成化。

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第二節(jié)、電路基本概念

一、電路的概念

電路是電流的通路，它是由電工設(shè)備和器件按一定方式聯(lián)接而成的。任何電路，無論是傳輸電能

還是傳遞電信號，其功能總是通過電路中的電流、電壓和功率關(guān)系體現(xiàn)出來。所謂電路分析，是指在

電路的聯(lián)接方式以及電源和參數(shù)已知的條件下，分析和計算電路各部分的電流、電壓和功率以及它們

之間的關(guān)系。只有了解了電路中各部分電壓、電流及功率之間的相互關(guān)系，才能進一步掌握實際電路

的工作狀況，有助于實踐中的故障分析及排除的及時進行。

二、電路的作用及其組成

電路的種類很多，功能各異。根據(jù)使用的目的和需要不同，大致分為兩類：

1.電能的傳輸和轉(zhuǎn)換

一般而言，此類電路中的電壓較高，電流較大，這種電路我們也稱之為強電電路。例如，電力

系統(tǒng)中發(fā)電機把熱能、水能、原子能等非電形式的能量轉(zhuǎn)換為電能，變壓器、輸電線等中間設(shè)備將

電源和負載連接起來，起傳輸和分配電能的作用。強電電路要求在電能的輸送和轉(zhuǎn)換過程中，電路

的能量損耗盡可能小，效率盡可能高。

2.信號的傳遞和處理

這類電路用于實現(xiàn)各種形式的信號之間的轉(zhuǎn)換及處理。例如，擴音機系統(tǒng)中，微音器（話筒）

將聲音信號變換成微弱的電信號，電信號再經(jīng)放大器的放大作用后推動揚聲器發(fā)聲。由于此類電路

中的電壓、電流數(shù)值一般不大，我們也稱之為弱電電路。弱電電路的研究重點是如何改善電路傳遞

和處理信號的性能。

一個完整的電路應包括電源、負載和中間環(huán)節(jié)三個部分。電源不但是指發(fā)電機、蓄電池、整流

裝置等設(shè)備，也是指各種各樣的信號發(fā)生裝置。負載是電能信號的轉(zhuǎn)換裝置。例如一臺收音機或電

視機是強電系統(tǒng)的負載，而其中的揚聲器、顯像管又是這兩臺信號處理設(shè)備本身的負載。中間裝置

即可以指輸電線、開關(guān)、熔斷器等傳輸、控制和保護裝置，又可以指放大器等信號處理電路。

三、電路的基本組成

1.電流

在電場的作用下，金屬內(nèi)的自由電子作定向運動便形成電流。電流的強弱用電流強度來衡量，假設(shè)在

極短時間dt內(nèi)通過導體截面S的微小電荷量為dq,則電流強度為1=半電流強度在數(shù)值上等于單位

時間內(nèi)通過導體某一截面的電荷量，電流強度習慣上常稱為電流。（圖6）

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E包流的單位是安培(A),簡稱安。當每秒內(nèi)通

過導體截面的電荷量為1庫侖時，則電流為lAo

電流的單位還有毫安(mA)和微安(uA),它們和安的

關(guān)系是：lmA=10%；luA=10^=10^0

導體內(nèi)電流的產(chǎn)生是因自由電子的定向運動

而造成的。那么對應電子的不同運動方向，電流

也有不同的方向，一般規(guī)定,正電荷運動的方向或

負電荷運動的反方向為電流的實際方向。

2.電壓和電動勢:圖6導體中的電流

我們知道，?對分別帶有正負電荷的極板之間存在著一個電場，帶電粒子在電場力的作用下會

作定向運動。電場力把單位正電荷從某一點經(jīng)外電路移動到另一點所作的功叫做這兩點之間的

電壓。例如，一個電源的兩個電極上分別帶有正

這樣兩極間存在著一個電場。若用導線和燈泡

把電源的正負極連成一個閉合電路，則在電場

力的作用下，正電荷要從電源的正極經(jīng)導線、

燈泡流至負極形成電流，電場力就對電荷作了0

功，我們稱這個功為該電源兩極間的電壓(圖7),

用字母Uab表示。電壓是衡量電場力作功能力

圖7電荷的運動回路

的一個物理量。

電壓的單位是伏特(V),毫伏(mV),微伏(uV),千伏(kV)。它們之間的關(guān)系是：lmV=10%；

luV=10mV=106V；lkV=103V。

在電場力的作用下，正電荷不斷地從電源正極經(jīng)外電路到達負極，于是正極上的電荷數(shù)量不斷

減少。為了維持外電路中電流的恒定，需要將電源負極上的正電荷經(jīng)電源內(nèi)部移到電源正極。我們

把電源內(nèi)部的正電荷從電源負極經(jīng)電源內(nèi)部移動到正極的力稱為電源力。電源力把單位正電荷從電

源負極經(jīng)電源內(nèi)部移到電源正極所作的功，叫做該電源的電動勢，用字母E表示?？梢婋妱觿菔呛?/p>

量電源力作功能力的物理量，電動勢的單位也是伏。

我們把在電場力作用下正電荷從a點移到b點的這兩點中的起始點a叫做高電位點，b點叫做

低電位點。我們規(guī)定，電壓的實際方向是從高電位點指向低電位點，即電位降的方向。由于電源力

是將正電荷從低電位點移向高電位點，所以電動勢的方向是從低電位點指向高電位點，即電位升的

方向。

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3.電路的基本定律：

流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，這就是歐女母定律?？杀硎緸?=R，式中的比例常數(shù)R

就是該段電路的電阻，單位是歐姆（Q）,千歐（KQ）或兆歐（MQ）o

1KQ=1O3Q；IMQ=IO6Q=IO3KQ

4.電功和電功率：

電流通過電燈發(fā)光，通過電爐發(fā)熱，通過電動機帶動才幾械轉(zhuǎn)動，這些電能的傳遞和轉(zhuǎn)電兵都顯示出

電流的作功。電流通過負載R作的功（用W表示），其大小與加在負載兩端的電壓U、通過負?我的電流I

ii2

和時間T成正比，W=UIt=I-Rt=-^-t。

IX

電功的單位是焦耳或瓦?秒，1焦耳=1伏安?秒=1瓦?秒。工程上常用千瓦小時作為If算電功的

實用單位，我們經(jīng)常所說的一度電就等于1千瓦小時。

電流在單位時間內(nèi)所作的功稱為電功率，用P表示。電功率的單位是瓦特。

P=W/t--=UI=I2R=—

tR

5.直流電和交流電：

我們知道，電源產(chǎn)生電場力以維持電路中持續(xù)不斷的電流，而電流又有大小方向的特性,不同的

電源在外電路中產(chǎn)生的電流大小和方向一般是不同的。通，者我們把電流強度大小、方向恒了己不變（也

就是說不隨時間變化）的電流稱為直流電，把能夠提供外年1路以恒定電流的電源稱為直流電，源。同時，

把電流大小和方向都隨時間變化的電流稱為交流電，提供），卜電路以交流電的電源稱為交流F禮源。交流

電的大小和方向可以千變?nèi)f化，如果交流電的大小和方向取色時間按正弦規(guī)律變化，則稱為正弦交流電。

我們生活中使用在動力、照明、電熱等方面的交流電都是;按正弦規(guī)律變化的正弦交流電。

6.電路的基本聯(lián)接方式：

電路中的負載有各種聯(lián)接方式，其中最基本的是串聯(lián)，F(xiàn)口并聯(lián)兩種。

①串聯(lián)電路：e

-10A-----

如果把兩個或更多的電阻首I,I

尾相接地聯(lián)接起來，組成一個無U1J□R1

分支的電路，其中通過的是同一UU1

電流，這種聯(lián)接方式就叫做串聯(lián)。VU2HRe\f

在電路總電壓u和總電流I不變W

」o----------------

的條件下串聯(lián)電阻可用個等效

（a）<b）

電阻代替。（圖8）

（a）兩個電阻的串聯(lián)（b）串聯(lián)電阻的等效電阻

圖，S電阻的串聯(lián)

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串聯(lián)電阻的等效電阻等于各串聯(lián)電阻之和，R=R1+R2+…+Rn=Z

i=l

串聯(lián)電路總電壓等于各電阻上的電壓降之和，由于U=I(R.+R2)

即「耳'所以y=iR尸肅后u；Uz=iR2=肅心u；5=8

%%

上式說明：串聯(lián)電路中各電阻上的電壓大小與電阻的大小成正比。

②并聯(lián)電路：?

兩個或更多的電阻在電路中聯(lián)接

在兩個公共節(jié)點之間，它們承受同一電

壓,這種聯(lián)接方式叫做并聯(lián)。(圖9)

并聯(lián)電路等效電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)

電阻的倒數(shù)之和。

卷彳+看或(a)兩個電阻的并聯(lián)

(b)并聯(lián)電阻的等效電阻

居心

U=IR=I圖9電阻的并聯(lián)

&+%

UIR|R,/?,UR.

1,=—=—?—1=——1—I.1=—=——!—I

2RR1+R?

段&&+Rt+R2'2

上式說明：兩電阻并聯(lián)時,某一支路的電流等于總電流乘上一個分數(shù),該分數(shù)的分母是兩并聯(lián)電阻之

和，分子是另一支路的電阻，這個關(guān)系叫做分流定理。

即并聯(lián)電路中各電阻電流的大小與電阻大小成反比。

③混聯(lián)電路：

實際電路常常是既有串聯(lián)又有并聯(lián)的混聯(lián)電路。

計算或分析混聯(lián)電路,一般分為三個步驟：

a按照串聯(lián)電阻流過同一電流，并聯(lián)電阻承受同

一電壓的原則，區(qū)分簡單的串聯(lián)和并聯(lián)電路，

逐步算出電路的等效電阻。

圖10電阻的混聯(lián)

b根據(jù)總電阻和總電壓算出電路中的電流。

c根據(jù)串聯(lián)電阻的分壓原理和并聯(lián)電阻的分流原理,逐步推算各部分電路的電壓和電流。

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例:如右圖混聯(lián)電路，電源電壓為6V,各支路

IiRi

電阻均為6Q,求混聯(lián)電路的總有效電阻

及流過各電阻的電流。

解:根據(jù)混聯(lián)電路分析步驟，先將電路等效

為如圖(a):R與R并聯(lián)等效電阻為I4.

R3R4

uRisn

R'=-^-=—=3Q

R1+R26+6W

R與R”并聯(lián)等效電阻為R"=普~=缺=3。

伯+?46+6

總等效電阻R=R'+R"=/+舞=3+3=6。

KRs

R]+R2?3+4

電路中的總電流=

R6

中4

流過R的電流I尸#F1=三X1=0.5A

A]+A6+6

2Io0----------------

同樣可求出Rz、R:;、R的電流。

7.電容和電感：(a)

①任何兩塊金屬導體，中間用不導電的絕緣材料隔開，就形成一個電容器。如果忽略1乜容器的介

質(zhì)損耗和漏電流，便可認為它是一個僅儲存電場能量的理想元件即電容元件。

如果在電容器的兩個極板之間加電壓U,兩個極板上便分別載有電荷，并且總是一個極板帶正電

荷，另一個帶負電荷。兩個極板的帶電量相等，極板上蓄積的電荷量Q與端電壓U成正比,即Q=CU?

比例常數(shù)C叫做電容器的電容量，簡稱電容或容量。單位是法拉(F),微法(uF1).皮法(pF)?

1UF=106F；lpF=106uF=1012FO

如果電容器的端電壓是一個隨時間變化的量u,則極板上的電荷量也隨之成H;比地變化q=Cuo

根據(jù)電流的定義i=羋=C半可知電容器中的電流和其端電壓的變化成正比。

dtdt

如果電容器上加的是直流電壓U,則電壓的變化率為零，因而電流為零，所以電容元件在穩(wěn)態(tài)直

流電路中相當于斷路。

②由導線螺旋形繞成線圈便形成實際的電感元件。當有電流流過線圈時周圍便會產(chǎn)生磁場，或者說

有磁通。穿過這個線圈，磁通和電流都是連續(xù)閉合的。如果線圈中的電流大小隨時間變化，則磁通

的大小也將隨時間而變化。根據(jù)電磁感應原理，變化的磁通將在線圈中產(chǎn)生感應Eg動勢。

變化的磁通＜!＞產(chǎn)生的感應電動勢比，稱為自感電動勢，通常規(guī)定：。的參考方向和ei的參考7寧向符合右

螺旋關(guān)系，于是自感電動勢可表示為：ei=-半。

dt

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如果線圈的匝數(shù)為N,且為密繞，則可認為通過各匝的磁通是相同的。于是,N匝線圈的總自感電動勢

等于各匝自感電動勢之和。

〃①d(N①)"

ei=-N—=------=——(A)

dtdtdt

式中W=Ne叫做N匝線圈的磁鏈，磁鏈的單位是韋伯（Wb）?

磁鏈中是由線圈中的變化電流i產(chǎn)生的，如果磁鏈甲的參考方向與電流i的參考方向之間滿足

右螺旋法則，則在任何時刻中與i之間的關(guān)系可表示為W=Li,式中L為線圈的自感系數(shù)，簡稱自感

或電感，電感的單位是亨利（H）。將上式代入（A）式ei=-，d①=-d-（LFi）=-Ld—i

dtdtdt

該式說明：電感元件中自感電動勢的大小與電流變化率成正比，并與電感L的大小有關(guān)。

因為電壓的參考方向與電流參考方向一致，所以u=L—。

at

即電感元件的端電壓大小與電流變化率成正比，并與電感L大小有關(guān)。在直流穩(wěn)態(tài)電路中，由于電流

di—

的變化率為零才。，故電感元件的端電壓為零?；蛘哒f，電感元件在直流電路中相當于短路。

四、交流電的基本性質(zhì)

1.正弦交流量的基本特性：

正弦交流電比直流電的應用廣泛得多，主要原因是交流電機的結(jié)構(gòu)比直流電機簡單、造價低、

維護方便,利用變壓器可以方便地將交流電壓升高或降低；輸電時采用高電壓,可降低遠距離輸電損

耗，用電時采用低電壓,既安全又便于控制，還可降低對設(shè)備絕緣水平的要求。

如圖11,為正弦交流電的大小和方向隨時間按正弦規(guī)律周期性變化的波形圖。

正弦量和正弦電壓（以及正弦電勢）可以統(tǒng)稱為正弦量，正弦量有以下幾個基本特性：

①周期、頻率和角頻率：

由圖11可見，經(jīng)過一定時間后，正弦

量又重復原來的變化規(guī)律。正弦量交變一

次所需要的時間叫做周期，用字母T表示，

單位為秒（S）。周期的大小反映了正弦量

交變的快慢。

一秒種內(nèi)正弦量交變的次數(shù)稱作頻率，

用f表示。單位有赫茲（HZ）、千赫（KHZ）

及兆赫（MHZ）,它們之間的關(guān)系是1KHZ=103HZ；圖11正弦電流的波形圖

；,6

1MHZ=10KHZ=10HZ。

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既然頻率f表示正弦量每秒鐘交變的次數(shù)，而周期T表示正弦量交變詼的時間，所以周期與頻率互

,,11

為倒數(shù)，即f=y或T=j

正弦量交變一次相當于變化了2n弧度角（rad），每秒鐘交變f次,就是每秒變化2mf弧度，正

弦量每秒鐘變化的弧度角稱為角頻率，用3表示，單位是弧度每秒（rad/s），則3=2"f=^o

②瞬時值、幅值和有效值：

正弦量是時間的函數(shù)，它的大小每時每刻都在變化。正弦電流每一瞬間的數(shù)值，稱為正弦電流的

瞬時值，用字母i表示。在某些瞬間，正弦電流的瞬時值達到最大，稱為該正弦電流的最大值或幅值，

用附有下標“m”的大寫字母Im表示。對于一個確定的正弦量，幅值的大小是一定的，在正弦電流的

一個周期內(nèi)幅值將出現(xiàn)兩次（+Im和-Im）。

正弦電流的瞬時值和幅值的關(guān)系，可用數(shù)學函數(shù)式表示為：i=Imsin3t

如果一個正弦電流i和某一直流電流I分別通過同一電阻R,它們在正弦電流的一個周期T內(nèi)產(chǎn)

生的熱量相等，就把直流電流I的數(shù)值稱為正弦電流i的有效值。

正弦量的最大值和有效值之間存在這樣的數(shù)學關(guān)系：

Um=&U；Em=^E。

③相位、初相位和相位差：

當我們對某一正弦量開始計時的瞬間，該正弦量大小并不一定總是0（如圖12）,在這種情況下,正

弦量的函數(shù)表達應寫為（以電流為例）i=ImSin（3t+Wj。

其中3t+Wi稱為正弦量的相位角，簡稱相位，Wi稱為

正弦量的初相位角或初相位,它是正弦量在計時開始（t

=0）時的相位，初相位決定了正弦量的初始值，即i=Im

sin*./L\/

在研究兩個同頻率正弦量之間的關(guān)系時，常常要比較

它們之間的相位。如圖13,正弦電流I和正弦電壓U具有

相同的頻率（即周期相同），但有不同的初相位，分別用三圖12初相角不為零的正弦電流

角函數(shù)表示為：u=UmSin（cot+^n）,i=ImSin（at+中Ju￡

u

U和I相位差為夕=（3t+中“）-（3t+Wi）=甲「甲i,

該式表明兩個同頻率正弦量的相位差等于它們的初相位之V//

差。

圖13同頻率正弦量之間的相位差

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2.三相交流電：

所謂三相交流電，就是由三個幅值相等、頻率相同、彼此之間有120°相位差的正弦電壓組成的

供電系統(tǒng)提供的電源。三相電路中的一相稱為單相交流電路。三相制供電比單相制供電優(yōu)越，主要表

現(xiàn)在：三相交流發(fā)電機比同樣尺寸的單相交流發(fā)電機容量大，如果以相同的電壓將同樣大小的功率輸

送同樣的距離以外，三相輸電線比單相輸電線節(jié)省材料；三相交流電動機比單相電動機結(jié)構(gòu)簡單、體

積小、運行特性好。

①三相電源：

三相電源（發(fā)電機或變壓器）向負載供電時，它的三相繞組一般采用星形（Y）接法。這種接法

是把三個繞組的一端連在一起，稱為電源中性點或零點，用字母N表示，從中性點引出的導線，稱為

中線或零線。從三相繞組的另外三端分別引出的導線稱為相

線或端線、火線，分別用字母A、B、C表示，或用黃、三

相AB

綠、紅顏色標出。這樣的接法叫做三相四線制電源（如BC

電

圖14）,若不引出中線，則稱為三相三線制電源。在三

源

相四線制中有兩種電壓，一種是電源每相繞組兩端的電

壓，稱為相電壓，即端線和中線之間的電壓，另一種是

指端線和端線之間的電壓，稱為線電壓。規(guī)定相電壓的圖14

參考方向是從端線指向中線，如圖中的U,\、UB、UC,線電壓表示為UAB、Ik、Ua?

三相電源的三個相電壓是一組幅值相等、頻率相同、彼此之間有120”相位差的正弦交流電壓，稱

為對稱三相電壓。設(shè)以A相電壓ua為參考正弦量，則它們的瞬時值表達式為：

Ua=J^Usin3t；UB=^2Usin（?t-120,）；uc=&Usin（wt-240（，）（＞

對稱三相電壓的瞬時值之和等于零。

三相電源的線電壓也是對稱的三相電壓。星形接法三相電源的線電壓等于相電壓的百倍。

②三相負載的聯(lián)接方法：

需要接在三相電源上才能正常工作的負載，叫做三相負載。每一相阻抗和阻抗角完全相等的負載,

稱為對稱三相負載，如果只需接單相電壓的負載，叫做單相負載。

a負載作星形聯(lián)接：

如圖15：ZA、ZB和Zc分別為各相負載的復阻抗，三個

單相負載的一端聯(lián)接在一起，稱為負載中性點，用Z'表示。

各相負載的另一端分別和電源的三條端線相聯(lián)接，負載中

性點Z'通過中線（零點）與電源中性點N相聯(lián)接，這就是

三相四線制電路。

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載作三角形聯(lián)接：（圖16）

負載的三角形聯(lián)接方式為每-相負載都直接

接在電源的兩根端線之間，因此加在每相負載上

的電壓UP就等于電源的線電壓口。由于電源的電

壓是對稱的，所以不論負載是否對稱，加在各相

負載上的電壓總是對稱的。如果三相負載對稱，

每個線電流在相位上滯后于相電流，三個線電流

大小相等。線電流是相電流的百倍。

3.安全用電：圖16三相負載的三角形聯(lián)接

①觸電：

因電流流過人體而造成損傷稱為觸電。觸電引起的損傷有兩種：一種叫電傷，是指電弧或保險絲

熔斷時的飛濺物對人體的外部傷害。另一種叫電擊，是指電流通過人體內(nèi)部器官（心臟、呼吸器官、

神經(jīng)系統(tǒng)等）而造成的傷害。大多數(shù)觸電死亡事故是山電擊引起的。

一殷來說，通過人體的電流若超過50mA,將嚴重損傷心臟和神經(jīng)系統(tǒng)，引起死亡。

②保護接地和保護接零：

在中性點不接地的三相電源系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的外

殼或機座通過接地電極與大地可靠連接，接地電阻不得超

過4Q,稱為保護接地，如圖17所示。通常用埋在地下的

鋼管、鋼條或自來水管作為接地電極。當人體接觸帶電外

殼時，由于接地電阻遠遠小于人體電阻，故電流絕大部分

通過接地電阻入地，從而避免了觸電事故。

保護接零是在電源中