作者：程珍珍
出版社：电子工业出版社
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电工电子技术试读：
前言
电工电子技术作为高职高专工科院校的专业基础课程，是一门实用性很强的课程，也是电气自动化、汽车制造、汽车电子、数控维修、矿山机电等专业学科的先导课程。本书的编写以电子信息、电气自动化、机电一体化等专业学生的就业为导向，根据行业专家及企业技术人员对专业所涵盖的岗位群进行工作任务和职业能力分析，以电工电子信息技术专业岗位的能力要求为依据，紧密结合职业资格证书对电工电气技能的要求，确定项目模块化的课程内容。本书参照《高等学校工程专科电工技术课程教学基本要求》，以国务院“关于大力推进职业教育改革与发展的决定”为基本要求，以一线老师实践教学经验为基础，结合高职高专教育的特点和要求，立求培养新时代应用型技术人才。在编写过程中，力求讲清基本概念，分析准确，减少数理论证，做到深入浅出，通俗易懂。本书在编写时注意突出以下几点：
1.本书分为电工技术和电子技术两部分，条理清晰，从而更加便于老师根据不同的侧重点教学，也便于学生学习。
2.本书在项目化编写中设计了项目目标、工作情境、理论知识、实践知识、项目实施、习题与拓展训练等模块，突出知识的实用性。
3.概念描述言简意赅，文字表述逻辑清晰，使学生易于理解、记忆。考虑到学生的能力培养和学习基础，尽量通过举例说明问题，并与实际应用相结合，在此基础之上进行理论说明。
4.每个项目的实施均采取由浅入深的原则，符合高职学生的学习认知规律。
5.本书编写力求以实用为目的，对重要知识进行归纳，并配有适量针对性习题，便于练习巩固所学知识。为加强实践环节，采用任务驱动的项目化教学，引导学生自主创新，激发学生的学习积极性和动手能力，加强学生的应用能力培养。
本共有十三个项目。分别介绍了基本直流电路、正弦交流电路分、磁路与变压器、三相交流电路、异步电动机及其控制；半导体及其常用器件、基本放大电路、组合逻辑电路分等。本书在项目化编写中设计了项目目标、工作情境、理论知识、实践知识、项目实施、习题与拓展训练等模块，突出知识的实用性。
本书由程珍珍担任主编，马卫超、唐明涛、许国强担任副主编。其中项目一、二、三由马卫超编写，项目四、五、六、十三由程珍珍编写，项目七、八、九由唐明涛编写，项目十、十一、十二由许国强编写。
由于编者的教学经验和学术水平有限，且时间比较仓促，书中疏漏之处在所难免，恳请专家、读者批评指正。
编者
项目一 汽车照明电路制作与检测
19世纪第二次工业革命中，发电机的问世标志着人类跨入了电气时代，从此电能便成为了人类文明的基石。人们甚至很难想象没有电能的世界会变成什么样子，所以掌握电路相关知识就显得尤为重要。本项目以汽车前大灯照明电路为例，介绍直流电的基本理论和分析方法，以期初步掌握电路的基本理论和分析方法。
1.1 项目目标
知识目标：掌握直流电路的基本理论和分析方法。
能力目标：掌握基尔霍夫定律及其应用，学会运用支路电流法分析计算复杂直流电路。
情感目标：培养学生使用电路理论分析和解决问题的能力。
1.2 项目情境
图1-1所示电路是汽车照明电路原理图，为汽车的重要电路之一，在各种车辆中得到了广泛的应用。由于汽车上不方便取得220V交流电及为了简化结构，保证安全，故采用直流蓄电池电路供电。所以，要想理解上述电路的工作原理，学生必须要掌握直流电路的基本理论，并理解各种电路元件的作用。本项目将对以上内容进行详细的介绍。图1-1 汽车照明电路原理图
1.3 理论知识
1.3.1 直流电路一、直流电路的基本概念
1.电路
电路是由各种元器件为实现某种应用目的、按一定方式连接而成的电流流动的通道。复杂的电路亦可称为网络。
根据电路的作用，可将电路可分为两类：一类用于实现电能的传输和转换；另一类用于进行电信号的传递和处理。
根据电源提供的电流不同，电路还可以分为直流电路和交流电路两种。
综上所述，电路主要由电源、负载和中间环节等三部分组成，如图1-2所示的手电筒电路即为一简单的电路：电源是提供电能或信号的设备，负载是消耗电能或输出信号的设备；电源与负载之间通过中间环节相连接。为了保证电路按不同的需要完成工作，在电路中还需加入适当的控制元件，如开关、主令控制器等。图1-2 手电筒电路
2.电路模型
电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电气设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的模型来代替，而对它的实际结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑，这种模型就是理想元件。如电阻元件就是电阻器、电炉子等实际电路元器件的理想元件，即“模型”，反映这些器件消耗电能的特征。同理，一定条件下，“电感元件”是电磁线圈的理想元件，“电容元件”是电容器的理想元件。
由理想元件构成的电路称为实际电路的电路模型，也称为实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如，图1-3所示的图（b）是图（a）手电筒电路的电路模型。图1-3 手电筒电路及其模型
二、电路的基本物理量
电路中的物理量主要包括电流、电压、电位、电动势以及功率。
1.电流及其参考方向
带电质点的定向移动形成电流。
电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流的实际方向习惯上是指正电荷移动的方向。
电流分为两类：一类电流大小和方向均不随时间变化，称为恒定电流，简称直流，用I表示。另一类电流大小和方向均随时间变化，称为交变电流，简称交流，用i表示。
对于直流电流I，单位时间T内通过导体截面的电荷量Q是恒定不变的，其大小为
对于交流电流i，若在一个无限小的时间间隔dt内，通过导体横截面的电荷量为dq，则该瞬间的电流为
在国际单位制（SI）中，电流的单位是安［培］（A）。
在复杂电路中，电流的实际方向有时难以确定。为了便于分析计算，便引入电流参考方向的概念。
所谓电流的参考方向，就是在分析计算电路时，先任意选定某一方向，作为待求电流的方向，并根据此方向进行分析计算。若计算结果为正，说明电流的参考方向与实际方向相同；若计算结果为负，说明电流的参考方向与实际方向相反。图1-4表示了电流的参考方向（图中实线所示）与实际方向（图中虚线所示）之间的关系。图1-4 电流参考方向与实际方向
例1.1 如图1-5所示，电流的参考方向已标出，并已知I=-1A，1I=1A，试指出电流的实际方向。2
解：图1-5（a）中，I=-1A<0，则I的实际方向与参考方向相反，11应由点B流向点A。
图1-5（b）中，I=1A>0，则I的实际方向与参考方向相同，由22点B流向点A。图1-5 例1.1图
2.电压及其参考方向
在电路中，电场力把单位正电荷q从a点移到b点所做的功w，就称为a、b两点间的电压u，也称电位差，即ab
对于直流，则为
在国际单位制中，电压的单位为伏［特］（V）。
电压的实际方向规定从高电位指向低电位，其方向可用箭头表示，如图1-6（a）所示，也可用“+”“-”极性表示，如图1-6（b）所示。若用双下标表示，如U表示a指向b。显然U=-U。值得注ababba意的是电压总是针对两点而言。图1-6 电压参考方向的设定
和电流的参考方向一样，也须设定电压的参考方向。电压的参考方向也是任意选定的，当参考方向与实际方向相同时，电压值为正；反之，电压值则为负。
例1.2 如图1-7所示，电压的参考方向已标出，并已知U=1V，1U=-1V，试指出电压的实际方向。2
解：图1-7（a）中，U=1V>0，则U的实际方向与参考方向相同，11由A指向B。
图1-7（b）U=-1V<0，则U的实际方向与参考方向相反，应由A22指向B。图1-7 例1.2图
3.电位
在电路中任选一点作为参考点，则电路中某一点与参考点之间的电压称为该点的电位。
电位用符号V或n表示。如A点的电位记为V或n。显然，AAV=V，或n=nAAOAAO
电位的单位是伏特（V）。
电路中的参考点可任意选定。当电路中有接地点时，则以地为参考点。若没有接地点时，则选择较多导线的汇集点为参考点。在电子线路中，通常以设备外壳为参考点。参考点用符号“⊥”表示。
有了电位的概念后，电压也可用电位来表示，即
因此，电压也称为电位差。
还须指出，电路中任意两点间的电压与参考点的选择无关。即对于不同的参考点，虽然各点的电位不同，但任意两点间的电压始终不变。
例1.3 图1-8所示的电路中，已知各元件的电压为：U=10V，1U=5V，U=8V，U=-23V。若分别选B点与C点为参考点，试求电路234中各点的电位。
解：选B点为参考点，则V=0B
V =U =-U=-10V（V）AAB1
V =U =U =5V（V）CCB2
V =U =U +U =8+5=13V（V）DDB32
选C点为参考点，则
V =0C
V ==U =-U-U =-10-5=-15V（V）AAC12
或V =U =U +U =-23+8=-15V（V）AAC43
V=U =-U =-5（V）5BC2
V =U =U =8V（V）DDC3图1-8 例1.3图
4.电动势
电源力把单位正电荷由低电位点B经电源内部移到高电位点A克服电场力所做的功，称为电源的电动势。电动势用E或e表示，即
电动势的单位也是伏［特］（V）。
电动势与电压的实际方向不同，电动势的方向是从低电位指向高电位，即由“-”极指向“+”极，而电压的方向则从高电位指向低电位，即由“+”极指向“-”极。此外，电动势只存在于电源的内部。
5.功率
单位时间内电场力或电源力所做的功，称为功率，用P或p表示。即
若已知元件的电压和电流，功率的表达式则为
功率的单位是瓦［特］（W）。
当电流、电压为关联参考方向时，式1-8表示元件消耗能量。若计算结果为正，说明电路确实消耗功率，为耗能元件。若计算结果为负，说明电路实际产生功率，为供能元件。
当电流、电压为非关联参考方向时，则式1-8表示元件产生能量。若计算结果为正，说明电路确实产生功率，为供能元件。若计算结果为负，说明电路实际消耗功率，为耗能元件。
例1.4（1）在图1-9（a）中，若电流均为2A，U=1V，U=-1V，12求该两元件消耗或产生的功率。（2）在图1-9（b）中，若元件产生的功率为4W，求电流I。图1-9 例1.4图
解：（1）对图1-9（a），电流、电压为关联参考方向，元件消耗的功率为
P=UI=1×2=2（W）>01
表明元件消耗功率，为负载。
对图1-9（b），电流、电压为非关联参考方向，元件产生的功率为
P=UI=（-1）×2=-2（W）<02
表明元件消耗功率，为负载。（2）因图1-9（b）中电流、电压为非关联参考方向，且是产生功率，故
P=UI=4（W）2
负号表示电流的实际方向与参考方向相反。
三、电路的工作状态
电路在不同的工作条件下，会处于不同的状态，并具有不同的特点。电路的工作状态有三种：开路状态、负载状态和短路状态。
1.开路状态（空载状态）
在图1-10所示电路中，当开关K断开时，电源则处于开路状态。开路时，电路中电流为零，电源不输出能量，电源两端的电压称为开路电压，用U表示，其值等于电源电动势E即OC
2.短路状态
在图1-11所示电路中，当电源两端由于某种原因短接在一起时，电源则被短路。短路电流很大，此时电源所产生的电能全被内阻R所消耗。0
短路通常是严重的事故，应尽量避免发生，为了防止短路事故，通常在电路中接入熔断器或断路器，以便在发生短路时能迅速切断故障电路。
3.负载状态（通路状态）
电源与一定大小的负载接通，称为负载状态。这时电路中流过的电流称为负载电流。如图1-12所示。负载的大小是以消耗功率的大小来衡量的。当电压一定时，负载的电流越大，则消耗的功率亦越大，则负载也越大。图1-10 开路状态图1-11 短路状态图1-12 负载工作状态
为使电气设备正常运行，在电气设备上都标有额定值，额定值是生产厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值。一般常用的额定值有：额定电压、额定电流、额定功率，用U、I、P表示。NNN
需要指出，电气设备实际消耗的功率不一定等于额定功率。当实际消耗的功率P等于额定功率P时，称为满载运行；若P＜P，称为NN轻载运行；而当P＞P时，称为过载运行。电气设备应尽量在接近额N定的状态下运行。1.3.2 电阻元件、电感元件和电容元件
一、电阻元件
1.电阻元件外形示意图（图1-13）图1-13 电阻器外形示意图
电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，如灯泡、电热炉等电器。其电路符号如图1-14所示。图1-14 电阻元件电路符号
电阻定律为
式中 ρ——制成电阻的材料电阻率，国际单位制为欧[姆]·米（Ω·m）；
l——绕制成电阻的导线长度，国际单位制为米（m）；2
S——绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为平方米（m）；
R——电阻值，国际单位制为欧[姆]（Ω）。
经常用的电阻单位还有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们与Ω的换算关系为36
1 kΩ=10Ω；1 MΩ=10Ω
电阻元件的电阻值大小一般与温度有关。
流过线性电阻的电流与其两端的电压成正比，即
式中，R称为电阻，国际单位制（SI）中，其单位为欧［姆］（Ω）；
导体的电阻不仅和导体的材质有关，而且还和导体的尺寸有关。实验证明，同一材料导体的电阻和导体的截面积成反比，而和导体的长度成正比。
我们常常把电阻的倒数称为电导，用字母G来表示，即
在国际单位制（SI）中，电导G的单位为西［门子］（S）。
2.电阻的伏安特性
对于线性电阻元件，其电路模型如图1-15所示。其特性方程为图1-15 电阻电路模型
可以把电阻两端的电压与电流的关系标在坐标平面上，用一条曲线（直线）表示其关系，这条曲线（直线）就称为电阻的伏安特性曲线。根据上述公式可知，线性电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直线。一般的电阻元件，均为线性电阻元件。非线性电阻的伏安特性，由非线性电阻的伏安特性曲线图1-16可以看出它是一条曲线。例如，二极管就是一个典型的非线性电阻元件。
由线性元件组成的电路称为线性电路，由非线性元件组成的电路称为非线性电路。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]