第1章　汽车电工维修基础

1.1 电工电子入门知识

1.1.1　电路与电路图

（1）电路

由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路，称为电路。在电路输入端加上电源使输入端产生电势差，电路即可工作。按照流过的电流性质，电路一般分为两种。直流电通过的电路称为“直流电路”，交流电通过的电路称为“交流电路”。

最简单的电路是由电源、负载、导线、开关等元器件组成（图1-1-1）。电路导通叫作通路，电路某一处断开叫作断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通则叫作短路，这种情况是决不允许的。因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏等现象的发生。

（2）电路图

用导线将电源、开关、用电器、电流表、电压表等连接起来组成电路，再按照统一的符号将它们表示出来，这样绘制出的图就叫作电路图。电路图是用符号表示实物图的图示。

电路图有原理图、方框图、装配图和印板图等。

① 原理图　它直接体现了电子电路的结构和工作原理，所以一般用在设计、分析电路中，如图1-1-2所示。分析电路时，通过识别图纸上所画的各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路实际工作时的原理。

② 方框图（框图）　方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图（图1-1-3）。从根本上说，这也是一种原理图，不过在这种图纸中，除了方框和连线，几乎就没有别的符号了。它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部元器件和它们的连接方式，而方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分，将每一个部分描绘成一个方框，在方框中加上简单的文字说明，方框间用连线（有时用带箭头的连线）说明各个方框之间的关系。所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理，而原理图除了详细地表明电路的工作原理之外，还可以用来作为采集元件、制作电路的依据。

③ 装配图　它是为了进行电路装配而采用的一种图纸，图上的符号往往是电路元件的实物外形图（图1-1-4）。只要照着图上画的样子，把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。

④ 印板图　印板图的全名是“印制电路板图”或“印制线路板图”，它和装配图其实属于同一类的电路图，都是供装配实际电路使用的。印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔，再将电路不需要的金属箔腐蚀掉，然后将电路中的元器件安装在这块绝缘板上，利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线，完成电路的连接，如图1-1-5所示。

1.1.2　电路中的基本物理知识

电路的作用是进行电能与其他形式的能量之间的相互转换。因此，用一些物理量来表示电路的状态及各部分之间能量转换的相互关系。

（1）电流

电流是电荷有规则的运动，电流的大小用电流强度来表示。电流强度是指单位时间内通过导体截面积的电荷量，其单位是安培（C/s），简称安，符号是A，多简称为电流。

电流的真实方向和正方向是两个不同的概念，不能混淆。

习惯上总是把正电荷运动的方向作为电流的方向，这就是电流的实际方向或真实方向，它是客观存在，不能任意选择。

（2）电阻

电阻（通常用R表示）表示导体对电流阻碍作用的大小，单位是欧姆，符号是Ω。

导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，因为电阻是导体本身的一种特性，与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻的公式为：

式中　ρ——电阻材料的电阻率，Ω·cm；

L——电阻材料的长度，cm；

A——电阻材料的截面积，cm2。

（3）电动势

电路中因其他形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫作电动势，用字母E表示，单位是伏特，符号是V。在电路中，电动势常用符号δ表示。

（4）电功率

电流在单位时间内做的功叫作电功率，是用来表示消耗电能快慢的物理量，用P表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦，符号是W。

（5）欧姆定律

在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，这就是欧姆定律，其公式为：

式中　I——电流，A；

U——电压，V；

R——电阻，Ω。

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（1）串联电路

把电阻元件一个接一个首尾依次连接起来，这种中间无分支的连接方式就叫串联电路。如图1-1-6所示是由三个电阻R1、R2、R3组成的串联电路。

串联电路具有以下特点。

① 串联电路中流经每个电阻的电流都相等，即

I＝I1＝I2＝I3＝…＝In

② 电阻串联后的等效电阻（总电阻）等于分电阻的总和，即

R＝R1＋R2＋R3＋…＋Rn

③ 总电阻两端的总电压等于各个电阻两端的电压之和，即

U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un

串联电阻的这些特点，在实际中有很多应用，如电压表可利用串联不同的电阻来扩大其量程。

（2）并联电路

将几个电阻的一端连在一起、另一端也连在一起的连接方式叫作电阻的并联。如图1-1-7所示是由三个电阻R1、R2、R3组成的并联电路。

并联电路具有以下特点。

① 电路中各支路两端的电压相等，即

U＝U1＝U2＝U3＝…＝Un

② 电路中各支路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即

③ 电路中的总电流等于各支路的电流之和，即

I＝I1＋I2＋I3＋…＋In

1.1.3　晶体二极管

晶体二极管是由半导体材料制成的，半导体是导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质，如硅（Si）或锗（Ge）半导体。半导体的导电率低，为了提高导电性能，在半导体中需要掺杂一些元素，提高导电率。根据掺杂的物质不同，分为以下两种。

① P型半导体　是在半导体中掺加少量的硼元素所形成的半导体。P型半导体多数载流子为空穴，少数载流子为电子。

② N型半导体　是在半导体材料中加入少量的磷元素所形成的半导体。N型半导体多数载流子为电子，少数载流子为空穴。

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载流子——在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴（带有自由电子等量的正电），统称载流子，如图1-1-8所示。

（1）PN结

将P型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起，它们之间的特殊薄层称为PN结。PN结是各种半导体器件的核心，如图1-1-9所示。PN结具有单向导电性，即P区接电源正极，N区接电源负极，PN结导通；反之，PN结截止。

晶体二极管之所以具有单向导电性，其原因是内部具有一个PN结，其正、负极分别对应于PN结的P型和N型半导体。

（2）晶体二极管的分类

晶体二极管由密封的管体和正、负极引线所组成，管体外壳的标记通常表示正极，其符号含义为，三角形代表正极，竖杠代表负极，V代表二极管的文字符号，如图1-1-10所示。

晶体二极管的种类很多，形状大小各异，按其外观不同，分为玻璃壳二极管、塑封二极管、金属壳二极管、大功率螺栓状金属壳二极管、微型二极管、片状二极管等，如图1-1-11所示；按其制造材料的不同，可分为锗管和硅管两大类，每一类又分为N型和P型；按其制造工艺不同，可分为点接触型二极管和面接触型二极管。

（3）晶体二极管的简单测试

① 判别正负极（图1-1-12）　万用表测试条件为R×100或R×1k挡。将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极；所测电阻大时，黑表笔接触处为负极，红表笔接触处为正极。

② 判别好坏（图1-1-12）　万用表测试条件为R×1k。若正反向电阻均为零，则二极管短路；若正反向电阻非常大，则二极管开路；若正向电阻约为几千欧，反向电阻非常大，则二极管正常。

1.1.4　晶体三极管

（1）晶体三极管的分类

晶体三极管是具有两个PN结的三级半导体器件。晶体三极管的种类很多，按制作材料和导电极性不同分为NPN硅管、PNP硅管、NPN锗管、PNP锗管；按结构不同分为点接触型和面接触型三极管；按功率不同分为小、中、大三极管；按频率不同分为低频管、高频管、微波管；按功能和用途不同分为放大管、开关管、达林顿管等。常见三极管的外形如图1-1-13所示。

（2）晶体三极管的结构和符号

晶体三极管有两种结构，分别为NPN型晶体管和PNP型晶体管。

如果在两块N型半导体之间加上一块很薄的P型半导体，并且紧密地结合在一起，就可以形成一个NPN型晶体管；同样，如果在两块P型半导体之间加上一块很薄的N型半导体，并且紧密地结合在一起，就可以形成一个PNP型晶体管。

每个三极管有三个区，即发射区、基区、集电区；两个PN结，即发射结、集电结；三个电极，即发射极E、基极B、集电极C。三极管结构和符号如图1-1-14所示。

（3）晶体三极管的电流放大作用

晶体三极管有三个电极，流入三极管的电流等于流出三极管的电流，即发射极电流IE等于集电极电流IC与基极电流IB之和。实验数据表明，IB的电流比较小，IC的电流比较大。

IE=IB+IC

晶体三极管具有电流放大作用。当基极电流有一微小的变化时，能够引起集电极电流的较大变化，也就是说基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。

集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比表示电流放大的能力。

（4）晶体三极管的测试方法

① 基极及管型的判别（图1-1-15）　可以把三极管看成是两个二极管，使用万用表进行测量和判断，万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1k挡，方法如下。

a．PNP型三极管的测量。将正表笔接三极管的某一管脚，负表笔分别接另外两个管脚，测量得到两个阻值。如果测得的两个阻值均较小，且为1kΩ，则正表笔所接管脚即为PNP型三极管的基极；若测得的两阻值一大一小或都大，可将正表笔另接一管脚再试，直到两阻值均较小为止。

b．NPN型三极管的测量。将负表笔接三极管的某一管脚，正表笔分别接另外两个管脚，测量得到两个阻值。如果测得的两个阻值均较小，且为5kΩ左右，则负表笔所接管脚即为NPN型三极管的基极；若测得的两阻值一大一小或都大，可将负表笔另接一管脚再试，直到两阻值均较小为止。

② 集电极和发射极的判别（图1-1-16）　对于PNP型三极管，先假设红表笔接的是C极，并用手捏住B、C二个极（但不能使B、C直接接触），通过人体，相当于在B、C之间接入一个偏置电阻，读出C、E间的电阻值；然后将红、黑表笔对调，重新测C、E间的电阻值，并与前次的读数比较，哪一次阻值较小，说明哪一次的假设是正确的，即该次表笔接的是C极。因为C、E间的电阻值较小，说明通过万用表的电流较大，偏置正常，因而表明原来的假设是正确的。

若是NPN型三极管，只要将红、黑表笔对调（即黑表笔接C极），按照上述的方法测试判别即可。

③ 三极管好坏的判别　根据PN结的单向导电性，检查三极管内各极间PN结的正反向电阻。如果正反向电阻相差较大，说明三极管基本上是好的；如果正反向电阻都很大，说明三极管内部有断路或PN结性能不好；如果正反向电阻都很小，说明三极管极间短路或击穿了。