《制作简易电路》PPT课件.ppt

课程：电工电子技术,电子信息系应用电子教研室,主编：陆丽梅,项目一：制作简易电路,任务一：制作简易直流电路任务二：制作简昴交流电路,任务一：制作简易直流电路,电路的基本物理量电路的基本元件电路基本定律制作简易直流电路对简易电路进行调试检测,电路分析的主要任务在于解得电路物理量，其中最基本的电路物理量就是电流、电压和功率。,1.1 电路基本物理量,为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。,电路的主要功能：一：进行能量的转换、传输和分配。二：实现信号的传递、存储和处理。,电路的分类,直流电路和交流电路,内电路和外电路,纯电阻电路和非纯电阻电路,电路的三种状态,通路,开路 开路也叫断路,短路,1.1.1 电流,电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。,大写 I 表示直流电流小写 i 表示电流的一般符号,正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。,如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。,1.1.2 电压、电位和电动势,电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。,电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。,电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。,1.1.3 电功率,电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。,功率与电流、电压的关系：,关联方向时：p=ui,非关联方向时：p=ui,p0时吸收功率，p0时放出功率。,1.2 电路基本元件,常见的电路元件有电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其端钮的电压、电流关系即伏安关系（VAR）来决定的。,伏安关系（欧姆定律）：,关联方向时：u=Ri,非关联方向时：u=Ri,1.2.1电阻元件,符号：,功率：,电阻元件是一种消耗电能的元件。,一、电阻器 电荷在物体里运动所遇到的阻力称为电阻，具有一定电阻值的器件称为电阻器。其在电路中的主要作用是控制电压、电流的大小，还可以与其它元件组合成耦合、滤波、反馈、补偿等不同功能的电路，用处极广。,电阻的分类,额定功率：电流通过电阻消耗的功率将转为热量，只有电阻工作在一定的额定功率下，才能保证不被烧毁。电阻单位:欧姆，符号：。更大的单位有K和M，1K=1000,1M=1 000K=1000,000标称值和允许误差：国家规定的一系列阻值称为电阻器的标称阻值。电阻的实际测量阻值与标称阻值之间值除以该电阻的标称值所得的百分数就是电阻的误差。误差有一定的国家等级。,电阻器的主要性能参数,直标法文字符号法色标法四色标示法五色标示法,电阻器的标示,下面介绍各种电阻器的标示方法，国家有关部门的规定如下,5.1K5%,文字符号法：用数字和单位符号组合起来,见下例：,5K1,表示5.1K,7M4,表示7.4M,直标法：电阻器表面直接标示，一目了然,色标法（4色）,普通精度的电阻用四条色带表示阻值及偏差，,其中两条表示阻值，,一条表示有效数字后面0的个数，,一条表示误差。,上述标记的电阻查表阻值为：,50,106,5%,=50M5%,色标法（5色）,精密精度的电阻用五条色带表示阻值及偏差，,前三条表示阻值，,第四条表示有效数字后面0的个数，,最后一条表示误差。,上述标记的电阻查表阻值为：,506,102,1%,=50.6K1%,电阻器的测量,用万用表的电阻档进行测量,注意,根据被测电阻选择量程，保证指针指在表盘中间一段，便于观察。确定量程后，将两笔短路，调节调零按钮使指针准确指在0刻度上，称为调零。测量时不要用手触摸电阻和表笔的金属部分，避免人为误差。,二、电位器,电位器结构如下:,其中AC两边电阻最大，,AB和BC间的电阻,可以通过簧片调节转轴来加以改变,A,B,C,电阻体,滑动臂,转轴,焊片,电位器符号如下：,电位器可分为：按材料分：炭膜、金属膜、绕线等电位器按结构分：单联、双联、多联、带开关等电位器按调节方式分：旋转式和直滑式电位器,A,B,C,电位器的主要参数,电位器的标称阻值和额定功率与电阻一样，这里主要介绍它的阻值变化规律：,左图说明了为适应各 种用途，电位器阻值按照旋转角度变化的规律图,黑线为直线，阻值随旋转角度均匀变化，适用于分压、单调。,蓝线为对数式，阻值随旋转角度依对数变化，用于仪表和音调控制。,红线为指数式，阻值随旋转角度依指数变化，用于音量控制，指数的音量变化使人听到的声音感觉平稳舒适,1.2.2电容元件,电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。,伏安关系：,符号：,只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即 电容具有隔直作用。,C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。,电容的分类与符号,按电容量可否调整分为：,固定电容,可变电容,微调电容,电解电容,按所用介质不同分为：瓷介质、云母介质、纸介质、塑料薄膜介质等电容。,电容器的参数,额定直流工作电压：就是耐压，表示电容器可经受最大电压，过大电压会击穿器件。标称容量：在外壳上标明的，由国家规定的电容器电容量的标准值。允许误差范围：实际电容量与标称电容量的允许最大偏差范围，分三级I-5%,II-10%,III-20%。绝缘电阻：指两个电极间绝缘介质的电阻，越大越好。,电容器的单位是法拉(F),常用单位还有微法(F)、纳法(nF)和皮法(pF),换算:1F=106 F=109 nF=1012 pF,电容器的单位与标示,电容器的标识方法有三种：,直标法：直接标注在表面，如果数字是整数，则单位是pF;数字带小数点，单位是F。文字符号法：用文字与数字混合标注，若字母在中央，则充当小数点；若字母R在前面,则R代表小数点，单位F。色标法：与电阻相同，读取方向由电容体 引脚。,电容器的测量可利用万用表对其进行充放电检测。,电容器的测量,漏电电阻的测量：使用万用电表，首先将挡位旋钮旋到“R1k”挡位，双笔短接调0，测量电容两引脚，指针顺时针偏转，然后逆时针缓慢退回，最后停下值就为漏电电阻，此值偏小说明漏电严重。断路测量：测量时指针始终无反应，说明断路。短路测量：测量电容量很小趋于零且指针不再返回，说明短路。电容极性判断：因为正向连接漏电电阻大，因此分别正反测量电容器两次，漏电电阻大的一次，黑标笔接的是正极。,伏安关系：,1.2.3电感元件,符号：,电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。,称为电感元件的电感，单位是亨利（）。,只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短路。,电感器的分类,电感器种类较多，可按不同的分类方法进行分类。1）按照形状分类,2）按照工作特征分类,线圈可分为固定电感和可变电感两种。固定电感是根据不同电感量的需求，将不同直径的铜线绕在磁芯上，再用塑料壳封装或用环氧树脂包封而成。其特点是体积小，重量轻，结构牢固可靠。固定电感按照引线方式的不同，可分为双向引出式和单向引出式两种，其电感量范围分别为：双向：0.122000H 单向：133000H电感量采用E数系列，其间隔按E12系列排列，Q值一般为4060，工作电流在501600A，温度系数约30080010-6/。,3）按照功能分类：,电感器可分为振荡线圈、扼流圈、耦合线圈、校正线圈、偏转线圈等。,4）按照结构分类：,电感器可分为空心线圈、磁芯线圈、铁芯线圈等。,电感线圈的型号命名方法,第四部分,第三部分,第二部分,第一部分,区别代号（用字母A、B等表示）,型号（X为小型）,特征（G为高频）,主称（L为线圈，ZL为阻流圈）,电感线圈的型号命名没有统一的国家标准，各生产厂家有所不同，但大多数的表示方法由四部分组成。,电感线圈的标志方法,1）直标法直标法是在小型固定电感线圈的外壳上直接用文字符号标出其电感量、允许偏差和最大直流工作电流等主要参数。其中允许偏差常用、来表示，分别代表允许偏差为5%、10%、20%，最大工作电流常用字母A、B、C、D、E等标志。,直标法,例如：固定电感线圈外壳上标有150H、A、的标志，则表明线圈的电感量为150H，允许偏差为级（10%），最大工作电流50mA（A档）。,2）色标法,色标法是指在电感器的外壳上涂上四条不同颜色的环，来反映电感器的主要参数。前两条色环表示电感器电感量有效数字第三条色环表示倍率（即10n），第四条色环表示允许偏差。数字与颜色的对应关系见表，单位为微亨（H）。,线圈的结构,线圈通常由骨架、绕组、屏蔽罩、磁芯等组成。根据使用场合的不同，有的线圈没有磁芯或屏蔽罩，或两者都没有，还有的连骨架也没有。1）骨架骨架的作用是使线圈成型固定，并以此将线圈和铁芯绝缘。这些材料的介质损耗和耐热特性都不相同，直接影响线圈的质量和稳定性。在使用时，应根据要求仔细选取。,2）绕组,大多数线圈的绕组是由绝缘导线在骨架上缠绕而成。圈数的多少由电感量的大小决定，一般电感量越大，线圈的圈数就越多。导线的直径由通过线圈的电流值和线圈的Q值来决定，通过电流大，要求Q值高，则导线直径应选择的粗一些。当电感量较小，如小于几个微亨时，绕组也常用不带绝缘的镀银铜线进行间绕，以减小导体的表面电阻，提高线圈的性能。,3）屏蔽罩,为了减小外界电磁场对线圈的影响和线圈产生的电磁场与外电路的相互耦合，需要采用屏蔽罩将线圈与外电路隔离。通常是将线圈放入一个闭合的具有良好接地的金属罩内。,4）磁芯,线圈装有磁芯后，其电感量增加，或者说，与同样电感量的无磁芯线圈相比，带磁芯的线圈圈数较少，这样可减小线圈的体积和分布电容，并提高线圈的Q值。有时为了调整线圈的电感量，也可以通过调节磁芯在线圈中的位置来实现。常用的磁芯有锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等，并根据不同要求，可制成各种不同的形状，如磁棒、E型磁芯、螺纹磁芯、环形磁芯、双孔磁芯等。,线圈的符号识别,目前，在电路中会出现各类线圈的符号，它们代表不同的电感线圈。1空心线圈一个半圆弧形象地代表了线圈中一圈的导线，尽管线圈的绕制方法有密绕、间绕和峰房式多种，但电路中均用这种符号表示。,2带铁氧体磁芯的线圈这种线圈是在绕好的空心线圈中插入铁氧体磁芯，图中虚线表示铁氧体磁芯。由于增加了磁芯，所以在相同电感量的情况下，体积比空心线圈小得多。3可调磁芯线圈铁氧体磁芯线圈中的磁芯放进深度可以调整，多用于调谐回路中。由于通过磁芯的调整，使得谐振频率发生改变。,4可调铜芯线圈同可调磁芯线圈类似，还有可调铜芯线圈，空心长方形表示铜芯。5铁芯线圈这类线圈绕好后，在中间插入硅钢片一类物质，线圈旁边的粗黑线表示铁芯。,电感器的技术指标,电感量在没有非线性导磁物质存在的条件下，一个载流线圈的磁通与线圈中电流成正比，其比例常数称自感系数，简称电感，用L表示。式中：L 为电感，单位亨利。为自感磁通量，单位伏特秒 I 为电流强度，单位安培1亨利是指电路在1秒钟内，电流平均变动为1安培时，在电路内感应出1伏特自感电动势的电感量值,品质因数,品质因数是表示线圈质量的一个参数，它是指线圈在某一频率的交流电压工作时，线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻之比，即：式中：Q为线圈的品质因数 为工作角频率 R为线圈的等效总损耗电阻 L为线圈的电感量。,固有电容和直流电阻,线圈的匝与匝之间、线圈与地之间、线圈与屏蔽盒之间、多层绕组的层与层之间均存在分布电容。一个实际的电感器可等效为一个理想的电感器和等效直流电阻的串联，与分布电容器（即固有电容器）的并联，由于固有电容器C0和直流电阻的存在，增加了线圈的等效总损耗电阻，降低了品质因数。因此，线圈的固有电容越小越好。可通过减小线圈骨架的直径，采用细导绕制或采用间绕法、蜂房式绕法等措施进行减小。,额定电流,电感线圈在正常工作时，允许通过的最大电流称为额定电流，也称为线圈的标称电流值。当工作电流大于额定电流时，线圈就会发热，甚至被烧坏。,稳定性,稳定性表示线圈参数随外界条件变化而改变的程度，通常用电感温度系数和不稳定系数两个量来衡量，它们越大，表示稳定性越差。,电感器的质量判别,用万用表可以大致判断电感器的好坏。即用万用表测量一下电感器的阻值。将万用表置于R1档，测得的直流电阻为零或很小(零点几欧到几欧)，说明电感器未断；当测量的线圈电阻为无穷大时，表明线圈内部或引出线已经断开。在测量时要将线圈与外电路断开，以免外电路对线圈的并联作用造成错误的判断。对于电感线圈的匝间短路问题，可用一只完好的线圈替换试验，故障消除则证明线圈匝间有短路，需要更换。如果用万用表测得线圈的电阻远小于标称阻值，也说明线圈内部有短路现象。用数字万用表也可以对电感器进行通断测试。将数字万用表的量程开关拨到“通断蜂鸣”符号处，用红、黑表笔接触电感器的两端，如果阻值较小，表内蜂鸣器就会鸣叫，表明该电感器可以正常使用。,1.2.4半导体二极管,半导体二极管半导体三极管场效应场,常用半导体器件,将所有的物质按照导电性能进行分类，可以分为导体、绝缘体和半导体三类。导体：导电性能良好的物体称为导体（金属：铜、铁、铝等、酸碱盐的水溶液、人体、大地等都是导体。）。绝缘体：几乎不导电的物体称为绝缘体（例如橡胶、陶瓷、干木头等）。半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的物体称为半导体（例如硅、锗、氧化物等）,半导体基础知识,半导体是制作晶体二极管、晶体三极管、场效应管和集成电路的材料。半导体的广泛应用是因为半导体有特殊的导电性能。半导体的电阻率随着温度的升高而下降，即温度升高，半导体的导电能力增强。半导体的导电能力受掺入杂质的影响显著，即在半导体材料中掺入微量杂质（特定的元素），电阻率下降，导电能力增强。半导体的导电能力随着光照强度的增强而增强。下面将详细讲述半导体的基础知识,常用的半导体材料有硅（元素符号为Si）和锗（元素符号为Ge）两种。纯净的半导体称为本征半导体。因为半导体的原子结构是晶体结构，所以又称为晶体。用半导体材料做成的二极管、三极管又称为晶体二极管、晶体三极管。,本征半导体,杂质半导体,掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。杂质半导体有两种：N型半导体和P型半导体。（1）N型半导体 在本征半导体硅（或锗）元素中掺入五价元素，例如磷（元素符号P），就可以得到N型半导体。,（2）P型半导体 在本征半导体硅（或锗）元素中掺入三价元素，例如硼（元素符号B），就可以得到P型半导体。,PN结,将N型半导体与P型半导体采用特殊的工艺结合在一起时，在其交界处会形成一种特殊的阻挡层，这就是PN结。PN结具有很重要的特性单向导电性。实际电路中，PN结上总要加上一定的电压，外加电压的极性不同，导电性能差异很大。,PN结的单向导电性,PN结加正向电压导通,图1-1 PN结的单向导电性,将PN结按照图1-1（a）所示接上电源称为加正向电压，加正向电压时阻挡层（PN结）变窄，电阻变小，电流增大，称为PN结处于导通状态。,PN结的单向导电性,将PN结按照图1-1（b）所示接上电源称为加反向电压，加反向电压时阻挡层（PN结）变宽，电阻变大，电流减小，称为PN结处于截止状态。,综上所述，当PN结加正向电压时会导通，加反向电压时会截止，这就是PN结的单向导电性。,PN结加反向电压截止,晶体二极管,1晶体二极管的结构,用外壳把一个PN结封装起来，从P区和N区各引出一个电极，就组成一个晶体二极管，简称二极管，用VD表示。示意图如图1-2（a）所示。图（b）是晶体二极管的电路符号。,图1-2 晶体二极管,晶体二极管的分类,晶体二极管种类很多 按照制造材料的不同分为硅二极管和锗二极管。按照用途分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照制造工艺分类有点接触型、面接触型、平面型等。,晶体二极管的伏安特性,二极管两端的电压u（单位为伏）与电流i（单位为安）之间的变化规律称为晶体二极管的伏安特性。通常用曲线来表示二极管的伏安特性，这条曲线称为伏安特性曲线。伏安特性曲线可以通过实验的方法得到，测试电路如下图1-3所示。,图1-3 晶体二极管伏安特性测试,图1-4 晶体二极管伏安特性曲线,晶体二极管特性曲线,曲线分析,（1）正向特性 只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压数值称为“门限电压”或“死区电压”用UT表示。对于硅管UT为0.60.8伏；对于锗管UT为0.20.3伏。一般情况下，从曲线近似直线部分作切线，切线与横坐标的交点即为UT。随着电压u的增加，电流i按照指数的规律增加，当电流较大时，电流随着电压的增加几乎直线上升。不论硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流，管子两端的电压降一般也不会超过1.5伏，这是晶体二极管的特殊结构所决定的。,（2）反向特性 反向电流很小。而且相同温度下，硅管比锗管的反向电流更小。反向击穿之前，反向电流基本不随反向电压的变化而变化，所以这个电流称为反向饱和电流。用IS表示。反向饱和电流随着温度的上升而按照指数的规律增长。（3）反向击穿特性 当反向电压超过某一数值时，反向电流将急剧增加，这种现象称为击穿现象。对应于电流突变的这一点的电压称为反向击穿电压，用UB表示。,晶体二极管的主要参数,（1）最大整流电流IF 允许流过二极管的平均电流的最大值。正常工作时二极管的电流ID应该小于IF。（2）最高反向工作电压UR 允许加在二极管上反向电压的最大值。一般情况下取UR为UB（反向击穿电压）的一半。（3）最高工作频率fM 指二极管工作频率的上限值。主要由PN结的电容决定。外加信号的频率超过二极管的最高工作频率时，二极管的单向导电性能将不能很好的体现。,二极管的常见故障,击穿故障,开路故障,二极管变质故障,二极管好坏的判别,用万用表判别二极管正常的硅二极管，正向电阻约为5K左右，反向电阻为无穷大锗材料二极管如2AP9、2AP30、2AN1等，它们的正向电阻正常值为1K左右，反向电阻正常值约为500K,1.3电路基本定律,欧姆定律,1）部分电路欧姆定律,（2）全电路欧姆定律,电阻的连接,电阻串联电路 电阻并联电路电阻混联电路,I=I1=I2=I3,U=U1+U2+U3,R=R1+R2+R3,U=U1=U2=U3,I=I1+I2+I3,电容器的电路,安全用电知识,触电现象触电事故安全电压触电方式触电急救,任务的实施一 元器件检测,实验目的实验仪器:直流电源、万用表、电阻、电容、二极管实验内容及步骤,1、测量电阻器的阻值,2用万用表检测无极性电容,3.检测二极管,4电流、电压与电位测量,任务实施二 电路的制作及检测,实验目的,实验仪器：直流电源、万用表、电阻、电容、二极管,实验内容及步骤1、根据电路图焊接电路,2、用万用表检测电路的通或3、测试电路的物理量,任务二 制作简易交流电路,电与磁正弦交流电电感器与变压器,一、电与磁,电流的磁场,电磁感应,导体在磁场中的运动,导体在磁场中的运动,楞次定律,二 正弦交流电,正弦交流电的产生正弦交流电的基本概念正弦交流电的三要素电感器与变压器,正弦交流电的产生,正弦交流电的基本概念,1.交流电的周期T和频率f2.正弦交流电的相位 和初相位3.正弦交流电的三要素,正弦交流电的三要素,最大值频率初相,正弦交流电的瞬时值,正弦交流电的最大值,最大的瞬时值称为最大值，也称幅值或峰值。正弦电动势、电压和电流分别用字母Em、Um、Im表示,正弦交流电的有效值,安全用电知识,触电现象.触电事故安全电压触电方式,任务实施一：仪器仪表的使用,1、训练器材：万用表、直流电源、示波器、电阻，发光二极管2、训练内容3、填写实训报告,任务实施二 元器件的检测,训练器材：万用表、电阻、电容、二极管、三极管实训内容实训报告,任务实施三 制作简易电路,制作电路图电路的检测实训报告,Goodbye,