电子技术零基础入门教程（电子技术入门篇之二）

电子技术入门之二

直流电是指方向始终固定不变的电压或电流。能产生直流电的电源称为直流电源，常见的干电池、蓄电池和直流发电机等都是直流电源，直流电源常用图 1-17（a）所示的图形符号表示。直流电的电流总是由电源正极流出，再通过电路流到电源负极。在图 1-17（b）所示的直流电路中，电流从直流电源正极流出，经电阻R和灯泡流到电源负极结束。

图1-17 直流电源图形符号与直流电路

直流电又分为稳定直流电和脉动直流电。

1.稳定直流电

稳定直流电是指方向固定不变并且大小也不变的直流电。稳定直流电可用图1-18（a）所示波形表示，稳定直流电的电流I大小始终保持恒定（始终为 6mA），在图中用直线表示；直流电的电流方向保持不变，始终是从电源正极流向负极，图中的直线始终在t轴上方，表示电流的方向始终不变。

2．脉动直流电脉动直流电是指方向固定不变，但大小随时间变化的直流电。脉动直流电可用图1-18（b）所示的波形表示，从图中可以看出，脉动直流电的电流 I 大小随时间作波动变化（如在 t1时刻电流为6mA，在 t2时刻电流变为 4mA），电流大小波动变化在图中用曲线表示；脉动直流电的方向始终不变（电流始终从电源正极流向负极），图中的曲线始终在t轴上方，表示电流的方向始终不变。

图1-18 直流电

交流电是指方向和大小都随时间作周期性变化的电压或电流。交流电类型很多，其中最常见的是正弦交流电，这里就以正弦交流电为例来介绍交流电。1．正弦交流电正弦交流电的符号、电路和波形如图1-19所示。

下面以图1-19

（b）所示的交流电路为例来说明图1-19（c）所示的正弦交流电波形。① 在0～t1期间：交流电源e的电压极性是上正下负，电流I的方向是：交流电源上正→电阻R→交流电源下负，并且电流I逐渐增大，电流逐渐增大在图1-19（c）中用波形逐渐上升表示，t1时刻电流达到最大值。② 在 t1～t2期间：交流电源 e 的电压极性仍是上正下负，电流 I 的方向仍是：交流电源上正→电阻R→交流电源下负，但电流I逐渐减小，电流逐渐减小在图1-19（c）中用波形逐渐下降表示， t2时刻电流为0A。③ 在t2～t3期间：交流电源e的电压极性变为上负下正，电流I的方向也发生改变，图1-19（c）中的交流电波形由 t 轴上方转到下方表示电流方向发生改变，电流 I 的方向是：交流电源下正→电阻R→交流电源上负，电流反方向逐渐增大，t3时刻反方向的电流达到最大值。④ 在t3～t4期间：交流电源e 的电压极性仍为上负下正，电流仍是反方向，电流的方向是：交流电源下正→电阻R→交流电源上负，电流反方向逐渐减小，t4时刻电流减小到0A。t4时刻以后，交流电源的电流大小和方向变化与0～t4期间变化相同。实际上，交流电源不但电流大小和方向按正弦波变化，其电压大小和方向也像电流一样按正弦波变化。2．周期和频率周期和频率是交流电最常用的两个概念，下面以图1-20所示的正弦交流电波形图为例来说明。

图1-20

正弦交流电的周期、频率和瞬时值说明图

（1）周期从图1-20可以看出，交流电变化过程是不断重复的，交流电重复变化一次所需的时间称为周期，周期用T表示，单位是秒（s）。图1-20所示交流电的周期T为0.02s，说明该交流电每隔0.02s就会重复变化一次。（2）频率交流电在每秒钟内重复变化的次数称为频率，频率用f表示，它是周期的倒数，即

频率的单位是赫兹（Hz）。图1-20所示交流电的周期T为0.02s，那么它的频率f=1/T=1/0.02s=50Hz，该交流电的频率f=50Hz，说明在1s内交流电能重复0～t4这个过程50次。交流电变化越快，变化一次所需要的时间越短，周期就越短，频率就越高。（3）高频、中频和低频根据频率的高低不同，交流信号分为高频信号、中频信号和低频信号。高频、中频和低频信号的划分没有严格的规定，一般认为：频率在3MHz以上的信号称为高频信号，频率在300kHz～3MHz范围内的信号称为中频信号，频率低于300kHz的信号称为低频信号。高频、中频和低频还是一个相对概念，在不同的电子设备中，它们的范围是不同的。例如在调频（FM）收音机中，88～108MHz称为高频，10.7MHz称为中频，20Hz～20kHz称为低频；而在调幅（AM）收音机中，525～1 605kHz称为高频，465kHz称为中频，20Hz～20kHz称为低频。3．瞬时值和有效值（1）瞬时值交流电的大小和方向是不断变化的，交流电在某一时刻的值称为交流电在该时刻的瞬时值。以图1-20所示的交流电压为例，它在t1时刻的瞬时值为 V（约为311V），该值为最大瞬时值；在t2时刻瞬时值为0V，该值为最小瞬时值。（2）有效值交流电的大小和方向是不断变化的，这给电路计算和测量带来不便，为此引入有效值的概念。下面以图1-21所示电路来说明有效值的含义。

图1-21 交流电有效值的说明图 图1-21 交流电有效值的说明图

图 1-21 所示两个电路中的电热丝完全一样，现分别给电热丝通交流电和直流电，如果两电路通电时间相同，并且电热丝发出热量也相同，对电热丝来说，这里的交流电和直流电是等效的，那么就将图1-21（b）中直流电的电压值或电流值称为图1-21（a）中交流电的有效电压值或有效电流值。

交流市电电压为220V指的就是有效值，其含义是虽然交流电压时刻变化，但它的效果与220V直流电是一样的。如果没有特别说明，交流电的大小通常是指有效值，测量仪表的测量值一般也是指有效值。正弦交流电的有效值与最大瞬时值的关系是

最大瞬时值＝√2x有效值

如交流市电的有效电压值为220V，它的最大瞬时电压值=220√2≈311V.

4．相位与相位差

（1）相位正弦交流电的电压或电流值变化规律与正弦波一样，为了分析方便，将正弦交流电放在图1-22所示的坐标中。

图中画出了交流电的一个周期，一个周期的角度为2π，一个周期的时间为T=0.02s，从图可以看出，在不同的时刻，交流电压所处的角度不同，如在 t=0 时刻的角度为0°，在t=0.005s时刻的角度为，在t=0.01s时刻的角度为π。

图1-22 坐标中的正弦交流电

交流电在某时刻的角度称为交流电在该时刻的相位。图1-22中的交流电在t=0.005s时刻的相位为或90°）在t=0.01s时刻的相位为π（或180°）。交流电在t=0时刻的角度称交流电的初相位，图1-22中的交流电初相位为0°。

（2）相位差

相位差是指两个同频率交流电的相位之差。如图1-23（a）所示，两个同频率的交流电流I1、I2分别从两条线路流向A点，在同一时刻，到达A点的交流电流I1、I2的相位并不相同，即两个交流信号存在相位差。

电流I1、I2的变化如图1-23（b）所示，在t=0时刻，I1的相位为而I2相位为0°，在t=0.01s时，I1的相位为，而I2相位为π，两个电流的相位差为

，即I1、I2的相位差始终是。在图1-23（b）中，若将I1的前一段补充出来，也可以看出I1、I2的相位差是并且I1超前I2（超前 ，也可说超前90°）。

图1-23

交流电相位差说明

两个交流电存在相位差实际上就是两个交流电变化存在着时间差。在图1-23（b）中，在t=0时刻，电流I1的值为5mA，电流I2的值为0mA；而到t=0.005s时，电流I1的值变为0mA，电流I2的值变为5mA；也就是说，电流I2变化总是滞后电流I1的变化。

指针万用表是一种广泛使用的电子测量仪表，它由一只灵敏度很高的直流电流表（微安表）作表头，再加上挡位选择开关和相关电路组成。指针万用表可以测量电压、电流、电阻，还可以测量电子元器件的好坏。指针万用表种类很多，使用方法大同小异，本节以MF-47型万用表为例进行介绍。1．面板介绍MF-47型万用表的面板如图1-24所示。从面板上可以看出，指针万用表面板主要由刻度盘、挡位选择开关、旋钮和插孔构成。

图1-24 MF-47型万用表的面板

1. 刻度盘刻度盘用来指示被测量值的大小，它由1根表针和7条刻度线组成。刻度盘如图1-25所示。

图1-25 刻度盘

第1条标有“Ω”字样的为欧姆刻度线。在测量电阻阻值时查看该刻度线。这条刻度线最右端刻度表示的阻值最小，为0Ω，最左端刻度表示的阻值最大，为∞（无穷大）。在未测量时表针指在左端无穷大处。第2条标有“V”（左方）和“mA”（右方）字样的为直、交流电压/直流电流刻度线。在测量直流电压、电流和交流电压时都查看这条刻度线。该刻度线最左端刻度表示最小值，最右端刻度表示最大值，在该刻度线下方标有3组数，它们的最大值分别是250、50和10，当选择不同挡位时，要将刻度线的最大刻度看作该挡位最大量程数值（其他刻度也要相应变化）。如挡位选择开关置于“50V”挡测量时，表针指在第2条刻度线最大刻度处，表示此时测量的电压值为50V（而不是10V或250V）。第3条标有“AC10V”字样的为交流10V挡专用刻度线。在挡位选择开关置于交流“10V”挡测量时查看该刻度线。第4条标有“hFE”字样的为三极管放大倍数刻度线。在测量三极管放大倍数时查看这条刻度线。第5条标有“C（μF）”字样的为电容量刻度线。在测量电容容量时查看这条刻度线。第6条标有“L（H）”字样的为电感量刻度线。在测量电感的电感量时查看该刻度线。第7条标有“dB”字样的为音频电平刻度线。在测量音频信号电平时查看这条刻度线。（2）挡位选择开关挡位选择开关的功能是选择不同的测量挡位。挡位选择开关如图1-26所示。

图1-26 挡位选择开关

1. 旋钮

万用表面板上有2个旋钮：机械校零旋钮和欧姆校零旋钮，如图1-24所示。机械校零旋钮的功能是在测量前将表针调到电压/电流刻度线的“0”刻度处。欧姆校零旋钮的功能是在使用欧姆挡测量时，将表针调到欧姆刻度线的“0”刻度处。两个旋钮的详细调节方法在后面将会介绍。（4）插孔万用表面板上有4个独立插孔和一个6孔组合插孔，如图1-24所示。标有“ ”字样的为红表笔插孔；标有“-（或COM）”字样的为黑表笔插孔；标有“5A”字样的为大电流插孔，当测量 500mA～5A 范围内的电流时，红表笔应插入该插孔；标有“2 500V”字样的为高电压插孔，当测量 1000～2500V 范围内的电压时，红表笔应插入此插孔。6 孔组合插孔为三极管测量插孔，标有“N”字样的3 个孔为 NPN 型三极管的测量插孔，标有“P”字样的 3个孔为PNP型三极管的测量插孔。2．使用前的准备工作指针万用表在使用前，需要安装电池、机械校零和安插表笔。（1）安装电池在使用万用表前，需要给万用表安装电池，若不安装电池，欧姆挡和三极管放大倍数挡将无法使用，但电压、电流挡仍可使用。MF-47型万用表需要9V和1.5V两个电池，其中9V电池供给R×10k挡使用，1.5V电池供给R×10k挡以外的欧姆挡和三极管放大倍数挡使用。万用表的电池安装如图1-27所示。安装电池时，一定要注意电池的极性不能装错。

图1-27 万用表的电池安装

1. 机械校零

在出厂时，大多数厂家已对万用表进行了机械校零。当某些原因造成表针未校零时，可自己进行机械校零。机械校零过程如图1-28所示。

图1-28 机械校零

1. 安插表笔

万用表有红、黑两根表笔，在测量时，红表笔要插入标有“ ”字样的插孔，黑表笔要插入标有“-”字样的插孔。3．测量直流电压MF-47型万用表的直流电压挡具体又分为0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V 、1000V和2 500V挡。下面以测量一节电池的电压值为例来说明直流电压的测量操作，测量如图1-29所示，具体过程如下

图1-29 直流电压的测量 图1-29 直流电压的测量

第1步：选择挡位。测量前先大致估计被测电压可能有的最大值，再根据挡位应高于且最接近被测电压的原则选择挡位，若无法估计，可先选最高挡测量，再根据大致测量值重新选取合适低挡位测量。一节充电电池的电压一般低于 1.5V，根据挡位应高于且最接近被测电压原则，选择 2.5V挡最为合适。第2步：红、黑表笔接被测电压。红表笔接被测电压的高电位处（即电池的正极），黑表笔接被测电压的低电位处（即电池的负极）。第3步：读数。在刻度盘上找到旁边标有“V”字样的刻度线（即第2条刻度线），该刻度线有最大值分别是250、50、10的3组数对应，因为测量时选择的挡位为2.5V，所以选择最大值为250的那一组数进行读数，但需将250看成2.5，该组其他数作相应的变化。现观察表针指在接近150的位置，约为“145”，那么被测电池的直流电压大小约为1.45V。补充说明：① 如果测量1 000～2 500V范围内的电压时，挡位选择开关应置于“1 000V”挡位，红表笔要插在“2 500V”专用插孔中，黑表笔仍插在“-”插孔中，读数时选择最大值为250的那一组数。② 直流电压0.25V 挡与直流电流0.05mA 挡是共用的。在测直流电压选择该挡时可以测量0～0.25V范围内的电压，读数时选择最大值为250的那一组数；在测直流电流时选择该挡可以测量0～0.05mA范围内的电流，读数时选择最大值为50的那一组数。4．测量交流电压MF-47型万用表的交流电压挡具体又分为10V、50V、250V、500V、1 000V和2 500V挡。下面以测量市电电压的大小为例来说明交流电压的测量操作，测量如图1-30所示，具体过程如下。

图1-30 交流电压的测量

第1步：选择挡位。市电电压一般在220V左右，根据挡位应高于且最接近被测电压的原则，选择250V挡最为合适。第2步：红、黑表笔接被测电压。由于交流电压无正、负极性之分，故红、黑表笔可随意分别插在市电插座的两个插孔中。第3步：读数。交流电压与直流电压共用刻度线，读数方法也相同。因为测量时选择的挡位为250V，所以选择最大值为 250 的那一组数进行读数。现观察表针指在刻度线为“230”的位置，那么被测市电电压的大小为230V。注意：在选用10V交流挡测量时，需要查看标有“AC10V”字样的刻度线。5．测量直流电流

MF-47型万用表的直流电流挡具体又分为0.05mA、0.5mA、5mA、50mA、500mA和5A挡。下面以测量图1-31（a）所示电路中流过灯泡的电流大小为例来说明直流电流的测量操作，其测量等效图如图1-31（b）所示。测量流过灯泡的电流的具体过程如下。第1步：选择挡位。灯泡工作电流较大，这里选择直流500mA挡。第2步：断开电路，将万用表红、黑表笔串接在电路的断开处，红表笔接断开处的高电位端，黑表笔接断开处的另一端。第3步：读数。直流电流与直流电压共用刻度线，读数方法也相同。因为测量时选择的挡位为500mA挡，所以选择最大值为50的那一组数进行读数。现观察表针指在刻度线接近40的位置，约“39.5”，那么流过灯泡的电流为395mA。如果流过灯泡的电流大于500mA，可将红表笔插入“5A”插孔，挡位仍置于“500mA”挡。

测量图

1. 等效图

图1-31 直流电流的测量

注意：测量电路的电流时，一定要断开电路，并将万用表串接在电路断开处，这样电路中的电流才能流过万用表，万用表才能指示被测电流的大小。6．测量电阻测量电阻的阻值时需要选择欧姆挡。MF-47型万用表的欧姆挡具体又分为R×1、R×10、R×100、R×1k和R×10k挡。下面以测量一只电阻的阻值大小为例来说明欧姆挡的使用方法，测量如图1-32所示，具体过程说明如下。第1步：选择挡位。测量前先估计被测电阻的阻值大小，选择合适的挡位。挡位选择的原则是：在测量时尽可能让表针指在欧姆刻度线的中央位置，因为表针指在刻度线中央时的测量值最准确，若不能估计电阻的阻值，可先选高挡位测量，如果发现阻值偏小时，再换成合适的低挡位重新测量。现估计被测电阻阻值为几百至几千欧，选择挡位R×100较为合适。第2～3步：欧姆校零。挡位选好后要进行欧姆校零，欧姆校零过程如图1-32（a）所示。先将红、黑表笔短接，观察表针是否指到欧姆刻度线（即第1条刻度线）的“0”处。若表针没有指在“0”处，可调节欧姆校零旋钮，直到将表针调到“0”处为止；如果无法将表针调到“0”处，一般为万用表内部电池用旧所致，需要更换新电池。第4步：红、黑表笔接被测电阻。电阻没有正、负极之分，红、黑表笔可随意接被测电阻两端。第5步：读数。读数时查看欧姆刻度线，观察表针所指的数值，然后将该数值与挡位数相乘，得到的结果就是该电阻的阻值。在图1-32（b）中，万用表表针指在数值“20”处，选择挡位为R×100，则被测电阻的阻值为20×100Ω＝2kΩ。

1. 欧姆校零

1. 测量电阻

图1-32 电阻的测量

7．万用表使用注意事项

万用表使用时要按正确的方法进行操作，否则轻则会使测量值不准确，重则会烧坏万用表，甚至会触电危害人身安全。使用万用表时要注意以下事项。① 测量时不要选错挡位，特别是不能用电流或欧姆挡来测电压，否则极易烧坏万用表。万用表不用时，可将挡位置于交流电压最高挡（如1 000V挡）。② 测量直流电压或直流电流时，要将红表笔接电源或电路的高电位，黑表笔接低电位，若表笔接错表针会反偏，这时应马上互换红、黑表笔位置。③ 若不能估计被测电压、电流或电阻的大小，应先用最高挡，如果高挡位测量值偏小，可根据测量值大小重新选择相应的低挡位。④ 测量时，手不要接触表笔金属部位，以免触电或影响测量精确度。⑤ 测量电阻阻值和三极管放大倍数时要进行欧姆校零，如果旋钮无法将表针调到欧姆刻度线的“0”处，一般为万用表内部电池用旧，可更换新电池。

敬请期待

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