2024年1月10日发(作者：巴白筠)
任务2、扬声器和麦克风
[教学目标]
认识扬声器和麦克风的结构和原理。
掌握电容、电感的概念、相关计算方法。
熟练掌握电容器、电感器的参数、作用及测量。
掌握电容电路和电感电路的简单分析。
了解变压器的使用与测量。
[教学重点]：
电容器、电感器
一、任务：
１、拆装扬声器和麦克风，认识其简易结构与原理。
2、掌握电容和电感的概念。
3、了解音响电路中滤波电容与电感对声音质量的影响。
二、所用元件
扬声器
以动圈式扬声器为例。
由磁头、音圈、支架、纸盆等组成。
麦克风
这里以驻极式电容麦克风为例。
主要部件是驻极式话筒头或称麦克风头（俗称MIC 头或咪头）、1-10UF的电容、2.2K左右的电阻、5号电池盒各一个。当然还有一个麦克风壳。
元器件介绍
电容器(Capacitor)：
电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。我们已知道，电阻对电流有阻碍作用。我们还将知道，电容对电压变化有阻碍作用，电感对电流变化有阻碍作用。
电解电容：
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纸介电容：
独石电容：陶瓷电容：
薄膜电容：
云母电容：
钽铌电解电容：
半可变电容：可变电容：
电容器，通常简称其为电容（其实，电容是个物理量，电容器是元件。这与电阻器相似）。用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
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1、电容器型号命名法
电容器型号命名法
第一部分：主称
符号 意
义
电
容
器
符号
C
Y
I
O
Z
J
B
L
Q
S
H
D
A
N
G
T
E
第二部分：
材料
意义
瓷介
云母
玻璃釉
玻璃膜
纸介
金属化纸
聚苯乙烯
涤纶
漆膜
聚碳酸脂
复合介质
铝
钽
铌
合金
钛
其他
符号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
J
W
瓷介
圆片
管形
叠片
独石
穿心
支柱
－
高压
－
云母
非密封
非密封
密封
密封
－
－
－
高压
－
第三部分：
特征、分类
意义
玻璃
－
－
－
－
－
－
－
－
－
金属膜
微调
电解
箔式
箔式
烧结粉固体
烧结粉固体
－
－
无极性
－
特殊
其他
非密封
非密封
密封
密封
穿心
－
－
高压
特殊
对主称、材料相同，仅尺寸、性能指标略有不同，但基本不影响互使用的产品，给予同一序号；若尺寸性能指标的差别明显；影响互换使用时，则在序号后面用大写字母作为区别代号。
第四部分：
序号
示例：
(1) 铝电解电容器
C D 1 1
第四部分：序号
第三部分：特征分类（箔式）
第二部分：材料（铝）
第一部分：主称（电容器）
(2) 圆片形瓷介电容器
C C 1－1
第四部分：序号
第三部分：特征分类（圆片）
第二部分：材料（瓷介质）
第一部分：主称（电容器）
(3)纸介金属膜电容器
C Z J X
第四部分：序号
第三部分：特征分类（金属膜）
第二部分：材料（纸介）
第一部分：主称（电容器）
2、电容器的主要技术指标
(1) 电容器的耐压： 常用固定式电容的直流工作电压系列为：6.3V，10V，16V，25V，20
40V，63V，100V，160V，250V，400V。
(2) 电容器容许误差等级：常见的有七个等级如表所示。
+20%
-30%
容许误差 2% 5% 10% 20%
级别
0.2 I II III IV
(3) 标称电容量：
固定式电容器标称容量系列和容许误差
系列代号
容许误差
标称容量对应值
E24 E12
+50%
-20%
V
+100%
-10%
VI
E6
5%（I）或（J） 10%（II）或（K） 20%（III）或（m）
10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30,10,12,15,18,22,27,310,15,22,23,47,68
33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,90 3,39,47,56,68,82
注：标称电容量为表中数值或表中数值再乘以10n，其中n为正整数或负整数，单位为pF。
3、电容器的标志方法
(1) 直标法 容量单位：F（法拉）、F（微法）、nF（纳法）、pF（皮法或微微法）。
1法拉=106微法=1012微微法， 1微法=103纳法=106微微法
1纳法=103微微法
例如：4n7
表示4.7nF或4700pF，0.22 表示0.22F，51 表示51pF。
有时用大于1的两位以上的数字表示单位为pF的电容，例如101表示100 pF；用小于1的数字表示单位为F 的电容，例如0.1表示0.1F。
(2) 数码表示法 一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。前两位为有效数字，后一位表示位率。即乘以10i，i为第三位数字，若第三位数字9，则乘10-1。如223J代表22103pF＝22000pF＝0.022F，允许误差为5%；又如479K代表4710-1pF，允许误差为5%的电容。这种表示方法最为常见。
（3）色码表示法 这种表示法与电阻器的色环表示法类似，颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三种颜色，前两环为有效数字，第三环为位率，单位为pF。有时色环较宽，如红红橙，两个红色环涂成一个宽的，表示22000pF。
电感器(Inductor)：
中国早在１１世纪就使用磁体作为航海工具，这就是让我们自豪的指南针。
电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。能产生电感作用的元件统称为电感原件。它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。电感器的特性恰恰与电容的特性相反，它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。
小小的收音机上就有不少电感线圈，几乎都是用漆包线绕成的空心线圈或在骨架磁芯、铁芯上绕制而成的。有天线线圈（它是用漆包线在磁棒上绕制而成的）、中频变压器（俗称中周）、输入输出变压器等等。
1、电感器的分类
电感器按导磁体性质分为空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈；按工作性质分为天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈；按绕线结构分为单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
常用的电感器有固定电感器、微调电感器、色码电感器等。变压器、阻流圈、振荡线圈、偏转线圈、天线线圈、中周、继电器以及延迟线和磁头等，都属电感器种类。
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2、电感器的主要技术指标
(1) 电感量:
标称电感量指电感器上标注的电感量的大小。表示线圈本身固有特性，主要取决于线圈的圈数，结构及绕制方法等，与电流大小无关，反映电感线圈存储磁场能的能力，也反映电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力。单位为亨(H)。
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量与线圈中的电流成正比，
其比例常数称为自感系数，用L表示，简称为电感。即：
LI
式中：＝磁通量 I＝电流强度
(2) 固有电容：线圈各层、各匝之间、绕组与底板之间都存在着分布电容。统称为电感
器的固有电容。
(3) 品质因数：
表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R。线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到一百。
电感线圈的品质因数定义
为：
QLR式中：－工作角频率，L－线圈电感量，R－线圈的总损耗电阻
(4) 额定电流：线圈中允许通过的最大电流。
(5) 线圈的损耗电阻：线圈的直流损耗电阻。
(6) 允许误差 : 电感的实际电感量相对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差。
(7) 感抗 XL：电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL。
3、电感器电感量的标志方法
(1) 直标法。
单位H（亨利）、mH（毫亨）、H（微亨）。
在电感线圈的外壳上直接用数字和文字标出电感线圈的电感量,允许误差及最大工作电流等主要参数。如１６１Ｋ表示１６０μH，误差Ｊ为５%，Ｋ为１０%，Ｍ为２０%。
(2) 数码表示法。方法与电容器的表示方法相同。
(3) 色码表示法。这种表示法也与电阻器的色标法相似，色码一般有四种颜色，前两种
颜色为有效数字，第三种颜色为倍率，单位为H，第四种颜色是误差位。
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变压器简介
基本原理
变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。
当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载（LOAD），初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。
变压器的损耗
当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热，变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要是由铁损和铜损产生的。
由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。
变压器的材料
要绕制一个变压器就必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，这里简单介绍一下这方面的知识。
（1）、铁心材料：
变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密23
度（磁感应强度）B来表示，一般黑铁片的B值为０.６－０.８Ｔ、低硅片为０.９－１.１Ｔ，高硅片为１.２－１.６Ｔ（特斯拉）。
（2）、绕制变压器通常用的材料有
漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。
（3）、绝缘材料
在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕组间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕组间可用黄腊布作隔离。
（4）、浸渍材料：成品油税费
变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。
三、任务分析
1、拆装扬声器和麦克风。
解剖扬声器和麦克风的构造。主要学习其中的电容和电感的作用。
扬声器
扬声器在全世界每年的产量数以亿计，它在通信、广播、教育、日常生活等方面有广泛的用途，和布、帛、菽、粟一样成为人们不可须夷离开的东西。扬声器技术是少数能将艺术与技术相结合、趣味与科学相结合的技术之一；又是将古老声学与现代电子相结合的产物；是有广泛发展空间、又与亿万群众有密切联系的技术。
扬声器（Speaker，Loudspeaker），俗称喇叭，据有关资料记载，最早发明扬声器在1877年，德国人西门子（s）提出了扬声器雏型专利，他首先提出了由一个圆形线圈放置在径向磁场组成的电动结构。
扬声器振动系统只在低频区为一集总参数系统。在分析扬声器时，常采用等效电路法，将扬声器看成由集总参数组成的等效电路。在频率升高时振动系统不再是刚体，要用分布参数系统的特点加以分析。
常见的扬声器有动圈式、舌簧式、压电式等好几种，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，通常外磁式用得多。当音频电流通过音圈时，音圈产生随音频电流而变化的磁场，在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥，带动纸盆振动发出声音。
电动式扬声器其形状大多是锥形、球顶形。
扬声器上一般都标有标称功率和标称阻抗值，例如0．25W8Ω。一般认为扬声器的口径大，标称功率也大。 在使用时，输入功率最好不要超过标称功率太多，以防损坏。万用表R1电阻档测试扬声器，若有咯咯声发出说明基本上能用。测出的电阻值是直流电阻值，比标称阻抗值要小，是正常现象。
麦克风
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麦克风也叫话筒，传声器。主要有电容式的和动圈式的。
电容式麦克风主要由振膜、后极板、极化电源、前置放大器组成。振膜和后极板构成电容麦克风的极头，它实际上是一只平板电容器：一个固定电极，一个可动电板，可动电板就是极薄的振膜。
电容式麦克风是利用导体间的电容充放电原理，以超薄的金属或镀金的塑料薄膜为振动膜感应音压，以改变导体间的静电压直接转换成电能讯号，经由电子电路耦合获得实用的输出阻抗及灵敏度设计而成。
电容式麦克风的特点是频响宽、灵敏度高，非线性失真小，瞬态响应好。也是电声特性最好的一种话筒。缺点是防潮性差，机械强度低，价格稍贵，使用稍麻烦。
利用驻极体材料做成的电容麦克风叫驻极体电容麦克风。一种是用驻极体高分子薄膜材料作振膜，一种是用驻极体作后极板。驻极体本身带电，无须外部笨重的极化电源，简化了电容式麦克风的结构，得到了广泛的应用。
动圈式的麦克风，其实是动圈式扬声器的反应用，不信你可以把动圈话筒接到随身听的耳机输出端试试能不能发声。（开小音量，别烧了！）
电子制作中常用的话筒是驻极体电容话筒，价钱很便宜（约一元一个），音质也不算差，体积很小。其实大多数的电脑多媒体话筒里边就是这东西（早知道自己做一个哟！）。
音箱声音质量的改进
１、电感对输出的影响。
２、电容对输出的影响。
我们在拆装的过程中，除了锻炼动手能力外，主要是了解和熟悉扬声器和麦克风的结构和原理，特别要对电感和电容的理论进行深入研究，它们可是完成我们后续任务的主要基础。
2、自制简易扬声器实验
动圈式扬声器的材料有：
学生电源，火柴盒（取掉匣子），细漆包线（φ0.08毫米），条形磁铁，（其厚度、宽度比火柴盒小），方座支架2个，干电池3节，扩音机，滑动变阻器，道林纸（32开），胶水。
动圈式纸盆扬声器，它主要由磁头、音圈、支架、纸盆等组成。磁头是由一个磁性25
较强的柱形永久磁铁、两块导磁夹板和一个导磁的圆铁心柱组成。靠纸盆一端的导磁增夹板有一个圆洞，这个圆洞和中间的导磁圆铁心柱形成一个很窄的环形磁空隙，磁力线均匀地集中在这个磁空隙内，形成一个很强的磁场。动圈扬声器振动的元件是音圈，音圈是用细漆包线绕成的一个圆柱形线圈。音圈的一端插在磁头空隙内，正好四面不碰磁头，另一端固定在音圈支架与纸盆的中心位置。音圈支架和纸盆的边分别胶牢在纸盆铁架上。
1、将32开的道林纸两边（沿宽的方向）折两叠皱纹。用细漆包线在火柴盒上单层绕上20匝线圈作音圈。将火柴盒垂直粘糊在道林纸的正中央，再把道林纸有皱纹的两边用夹子固定在支架上，将音圈两端漆包线的漆刮掉。再手持条形磁铁插入火柴盒内（应四周不与火柴盒接触），如图所示。
2、将音圈两端先后接在4、6、8伏交流电源上，注意听嗡嗡声的响度有什么变化，同时观察道林纸前后振动的幅度有什么变化。
3、各实验组把制好的简易扬声器分别接在讲台上的扩音机低压（或低阻）输出端，听扬声器发出的广播声音。
注意：
1、条形磁铁不能与火柴盒的四周相接触，是简易扬声器能够发声的关键。
2、如果找不到动圈纸盆扬声器，也可先制作简易扬声器，在其两端接上干电池，观察道林纸的运动情况（直流电压应提高）。
这个实验也可用：直径为 (0.1～0.2 ) 毫米的漆包线约10米；圆柱形磁铁 (或扬声器中环形磁铁 )一块；与磁铁直径相约的柱形纸筒一个；鳄鱼夹 (Crocodile clip) 一对；音源线一条 ；纸杯一个。
用漆包线在柱形纸筒上密绕数层。在漆包线上涂上白胶浆以固定漆包线，并用风扇吹干。将多余的纸筒剪去。将漆包线的两端用刀片刮去外漆。把磁铁放在线圈中间，并在线圈上放上纸杯。
将音源线接在MP3播放器或收音机的输出端，并将音源线的另一端利用鳄鱼夹接在漆包线的两端。当打开MP3播放器或收音机时，扬声器就可以放出悦耳的音乐。
通过下列各要点进行改良：
漆包线的线径、长度、电阻。漆包线围绕的线圈半径、形状。纸筒的质料、半径、厚度、长度。磁铁的形状及磁力的大小。纸杯的质料及形状(不一定要用纸杯，同学们可自行设计音箱)。
通过制作过程，了解动圈式扬声器的构造，并理解其发声原理。
3、制作一个麦克风。
按下面的原理图将各元件焊接起来，输出处通过引线及插头，一个简单的麦克风就制作完成了。当然有个旧麦克的外壳的话放进去就完美了。
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图中，a为传声器组件咪头（一般场效应晶体管与驻极体话筒同装在一个外壳内）；b为连接插头；c为阻抗变换元件（一般都装在被控制的设备中），经过变换后的阻抗为1000Ω左右。场效应晶体管用的电源电压由控制设备中取出。驻极体振膜与背极靠得很近，它们之间的电容约30pF。由于容量小，该电容话筒输出阻抗很高，约几十兆欧，所以使用时必须采用阻抗变换器。目前大都采用场效应晶体管（一般都用3DJ型）接成源极输出电路。
四、知识库
１、电容（Capacitance）
不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。Ｑ＝ＣＵ或 Ｃ＝Ｑ/Ｕ
平行板电容器的电容Ｃ和极板的面积Ｓ成正比，和极板之间距离d成反比，还与极板间的绝缘材料ε有关。Ｃ＝εＳ/d。
电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。
q
q
_
+
电容并联类似于电阻的串联，总电容为各个独立电容器电容之和。
电容串联类似于电阻的并联，总电容减小为各电容倒数和之倒数。
在电子线路中，电容主要用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。还有移相、旁路、选频等作用。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。
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把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿（快慢与电容量有关）即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压，我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。
电容对电压的变化有阻碍作用。（正如电阻对电流有阻碍作用，电感对电流的变化有阻碍作用）。电容器两端的电压不会突变。在包含电容器与串联电阻的电路里，我们用ＲＣ时间常数来表示与已知电容器充放电有关的时间：τ＝Ｒ×Ｃ，τ（μS）＝Ｒ（Ω）×Ｃ（μＦ）。为了完全从一个电压变化到新的电源电压，电容器至少需要５个ＲＣ时间常数。
举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000μF，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。
电子电路中，只有在电容器充电（Charging A Capacitor）过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。当将电容器接于交流电源时，电容器便开始周期性充电（Charging）和放电（Discharging）。当极板上的电量Ｑ或电压Ｕ发生变化时，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。
电容电路中电流与电压的变化率成正比。I=dQ/dt=CdU/dt。
交流电是能够通过电容的，但是电容对交流电仍然有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率高，交流电也容易通过电容，说明频率高，电容的阻碍作用也小。实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用XC表示，电容用C表示，频率用f表示，那么XC＝1／(2πfC)
容抗的单位是欧。
电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。
电容并联时总电容为各个电容之和，这跟电阻的串联有点相似。
电容串联时总电容和电阻的并联类似。
２、电感（Inductance）
１、电磁感应。变动的磁场能够在导体中引起电动势的现象，叫做电磁感应。由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。由感应电动势所引起的电流叫做感应电流。
电磁感应现象的实质是磁通量的变化产生感应电动势。
感应电动势的方向总是在企图由它产生的感应电流建立一个附加的磁通量，以阻碍28
引起感应电动势的那个磁通量的变化。
（１）、直导体中的感应电动势。当导体对磁场作相对运动而切割磁力线时，导体中感应电动势的大小，取决于磁感强度、导体长度和切割速度。
实验表明，当直导体在均匀磁场中，沿着与磁力线垂直的方向运动时，所产生的感应电动势的大小Ｅ为Ｅ＝ＢＬＶ。即与导线的有效长度L、导线的运动速度V、磁感应强度Ｂ成正比。
其中磁感应强度Ｂ＝Φ/Ｓ，
２２单位名称是特斯拉（Ｔ），也就是韦伯/ 米（Ｗｂ/Ｍ），以前也常用电磁制单位高斯（Ｇｓ）表示。它们的关系是
２４１Ｔ（Ｗｂ/Ｍ）＝１０Ｇｓ。
８Φ－磁通，单位是韦伯（Ｗｂ）。１Ｗｂ＝１０条磁通线。一条磁通线也叫１麦８克斯韦。因而，１Ｗｂ＝１０麦克斯韦。
磁感应强度Ｂ和磁通Φ，既有联系又有区别。Ｂ是描述磁场内各点性质的物理量，而磁通Φ是用来描述磁场内某一个面上磁场状况的物理量。
感应电动势的方向按发电机右手定则确定，如图所示。即把右手伸开，手心迎着磁力线，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。感应电流的方向与感应电动势的方向一致。
发电机右手定则
必须指出，感应电流只有在闭合回路中才能产生，其大小除了与感应电动势的大小有关外，还与电路中电阻的大小有关。而导体中的感应电动势则不论电路是否闭合，只要切割磁力线就会产生，其大小与回路中的电阻无关。
当导体在磁场中产生感应电动势时，导体便成了电源。
若把它的两端和外电路接通形成闭合回路时，它就能输出一定的电能。借助于磁场把机械能转变为电能，这就是发电机的基本原理。
（２）、线圈中的感应电动势。
当线圈回路中的磁通发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小，取决于磁通变化的速度（即磁通变化率）和线圈的匝数。
法拉第定律，线圈中的感应电动势的大小与磁通变化率成正比，与线圈的匝数成正比。即E＝Ｎ（ｄΦ/ｄｔ）。
右手螺旋定则指出，回路中磁通变化时，大拇指指向磁通变化的反方向，四指则指感应电动势的方向。
２、自感应和电感。
线圈中通有电流就产生磁场。
确定导体周围磁场方向的右手定则规定，当右手握住导线，姆指指向导线电流方向时，则环绕导线的四指指向磁场的方向（由北极Ｎ出发回到南极Ｓ）。
确定磁场极性的右手定则规定，当右手四指按照电流的方向握住线圈，则伸出的拇指指向线圈的北极Ｎ。
当电流变化时，线圈中的磁通也跟着变化，因此线圈内便产生感应电动势。这种由于线圈自身电流变化而产生感应电动势的现象，叫做自感应。由此产生的感应电动势叫做自感电动势，用符号ＥＬ表示。自感电动势是感应电动势的一种，所以自感电动势的大小和方向可以用电磁感应定律来确定。
29
体现线圈自身产生自感电动势能力的物理量，叫做自感量，简称自感，也叫电感，用符号L表示。它的基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。
1H=1000mH，１mH＝1000μH。
L
u (t)
+ -
i
实验证明，当线圈中没有铁磁材料时，线圈的磁链（或磁通）和电流成正比。即
Ψ＝ＮΦ＝Ｌｉ
ddi(t)
(t)Li(t)
E(t)L电感电路中，电压与电流的变化率成正比。
d td t线圈的匝数Ｎ愈多，其电感愈大；线圈中单位电流产生的磁通量愈大，电感也愈大。可见，电感Ｌ在数值上等于单位电流所产生的磁通链，所以电感是表示电感线圈产生磁通链能力的物理量。
有ＥＬ=－Ｌｄｉ／ｄｔ，即自感电动势的大小和线圈中电流的变化率成正比。其方向总是阻碍线圈电流的变化。因而，自感电动势实际上总是力图维持线圈内的电流不变。
电感器对电流变化有阻碍作用。电感器上的电流不会突变。在我们用Ｌ/Ｒ时间常数来表示与已知电感器电流在０与最大值之间变化的有关时间：τ＝Ｌ/Ｒ，τ（S）＝Ｌ（Ｈ）/Ｒ（Ω）。电流为了从一个稳定状态变化到另一个新的稳定状态，至少需要５个Ｌ/Ｒ时间常数。
值得注意的是，包含电感器与串联电阻的电路里，若电源与电路的开关闭合时间充分久（大于５个τ），这时打开电路和电源的连接开关时，电感上会在瞬间感生很高的电压，和电源电压叠加使开关打火。汽车点火就是用这个道理。可在一般电路中并不希望开关打火而烧毁，常采用下面的保护电路。
一个线圈电感的大小决定于线圈的结构。（如匝数、尺寸、有无铁芯、铁芯的形状和磁性质等）。譬如，一个铁芯线圈的电感比空心线圈的电感大得多。所以常常把导体绕成的线圈叫做电感线圈。
交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。电感量大，交流电难以通过线圈，说明电感量大，电感的阻碍作用大；交流电的频率高，交流电也难以通过线圈，说明频率高，电感的阻碍作用也大。实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。如果感抗用XL表示，电感用L表示，频率用f表示，那么
XL＝ 2πfL
感抗的单位是欧。
扬声器是法拉第定律的一个很好例证。
当载流导体通过磁场时，会受到一个电动力，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时，音圈受到一个30
交变推动力产生交变运动，带动纸盆振动，反复推动空气而发声。
使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁场对载流导体的作用力，这个效应我们称它为电动式换能器的力效应，其大小由下式规定：
F=B L i
式中：B为磁隙中的磁感应密度（强度），其单位为N/（A.m）（牛顿/（安培.米））
F为磁场对音圈的作用力，单位：牛顿
但是，在通电音圈受力运动的同时，由于会切割磁隙中的磁力线从而在音圈内产生感应电动势，这个效应我们称它为电动式换能器的电效应，其感应电动势的大小为：
Ｅ=Вiν
式：ν为音圈的振动速度，其单位为：米/秒
Ｅ为音圈中感应电动势，单位为：伏特
电动式扬声器力效应与电效应是同时存在、相伴而行的。
电感串联时总电感为各个电感之和。
电感并联时总电感和电阻的并联类似。
3、简单电容、电感电路分析
（1）RC电路
在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路，在这些电路中，
电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用，如微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路等。
（2）RL电路
日光灯其实是RL电路。镇流器L是绕在铁芯上的线圈。
闭合开关后电压通过日光灯的灯丝加在启动器的两端，启动器发热——触点接触——冷却——触点断开。在触点断开的瞬间，镇流器 L 中的电流急剧减小，产生很高的感应电动势。感应电动势和电源电压叠加起来加在灯管两端的灯丝上，把灯管点燃。
实际使用的启动器中常有一个电容器并联在氖泡的两端，它能使两个触片在分离时不产生火花，以免烧坏触点，同时还能减轻对附近无线电设备的干扰。没有电容器时启动器也能工作。
（3）RLC电路
RLC电路的组成结构一般有两种：串联型和并联型。
五、仪器与测量
1、示波器的用法介绍
我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。
普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。
辉度控制用来调切波形显示的亮度。对于屏幕上的文字部分，另有单独的辉度控制机构。聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小，以便获得清晰的波形轨迹。扫描旋31
转控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。由于地球的磁场在各个地方是不同的，这将会影响示波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的，通常只需在示波器搬动后再行调节。标尺亮度可以单独控制。这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。Z调制，扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变。这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座。灵敏度是以每格的伏特数来衡量的，灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的，而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行。耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置。动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值，在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部。示波器中控制水平偏转，即X轴的系统称为时基。
示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。
在灵敏度为1v/格的情况
示波器测量实例。
使用示波器测量电压和电流的波形。
使用示波器比较相位。
使用示波器确定频率。
2、用万用表识别与测量电容和电感
电容的识别与测量
32
固定电容的检测。因10p以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)或阻值为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。
33
对于10pF ~ 0.01μF的固定电容器，首先用万用表R×10k挡测试一下电容有无短路或漏电现象，在确认电容无内部短路或漏电后，采用图 的电路可测其是否有充电现象，进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极E和集电极C相接。CX为被测电容。由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆动幅度加大，从而便于观察。应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触A、B两点，才能明显的看到万用表指针的摆动。
对于0.01μF以上的固定电容器，可用万用表的R×1k挡直接测其有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容的容量。测试操作时，先用两表笔任意触碰电容的两引脚，然后调换表笔再触碰一次，如果电容是好的，万用表指针会向右摆动一下，随即向左迅速返回无穷大位置。电容量越大，指针摆动幅度越大。如果反复调换表笔触碰电容两引脚，万用表指针始终不向右摆动，说明该电容的容量已低于0.01μF或者已经消失。测量中，若指针向右摆动后不能再向左回到无穷大位置，说明电容漏电或已经击穿短路。
因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1k挡测量，大于47μF的电容可用R×100挡测量。
将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大)，接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上，否则，将不能正常工作。在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。
使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。
可变电容器的检测，用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将转轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时，转轴不应有松动的现象。
用一只手旋动转轴，另一只手轻摸动片组的外缘，不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触不良的可变电容器，是不能再继续使用的。
将万用表置于R×10k挡，一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端，另一只手将转轴缓缓旋动几个来回，万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中，如果指针有时指向零，说明动片和定片之间存在短路点；如果碰到某一角度，万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值，说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。
用下面电路简单测量电容器的电容量。
34
测量“电阻 + 电容”串联电路中，电容上面的交流电压，再根据分压公式计算。
电感的识别与测量
用万用表一般只能测电感的断线开路故障，短路时就不好用测电阻的方法了。这时可用测电流和感觉线圈发热间接地判断。
电感量的测量要用专门的测试仪器，一般人不具备。这时根据下面电路也可用万用表间接地测量电感器的电感量。
测量 “电阻 + 电感”串联电路中，电感上面的交流电压，再根据分压公式计算。
六、体验与挑战
（一）、试认识并简单分析低通滤波电路
（二）、电风扇的原理与制作
电磁感应现象的应用：电动机。
（三）、了解其它扬声器工作原理：
１、 磁式扬声器：亦称“舌簧扬声器”，在永磁体两极之间有一可动铁心的电磁铁，当电磁铁的线圈中没有电流时，可动铁心受永磁体两磁极相等级吸引力的吸引，在中央保持静止；当线圈中有电流流过时，可动铁心被磁化，而成为一条形磁体。随着电流方向的变化，条形磁体的极性也相应变化，使可动铁心绕支点作旋转运动，可动铁心的振动由悬臂传到振膜（纸盆）推动空气热振动。
２、 静电扬声器：它是利用加到电容器极板上的静电力而工作的扬声器，就其结构看，因正负极相向而成电容器状，所以又称为电容扬声器。有两块厚而硬的材料作为固定极板，极板上有此可以透过声音，中间一片极板则用薄而轻的材料作振膜（如铝膜）。将振膜周围固定、拉紧而与固定极保持相当距离，即使在大振膜上，亦不致与固定极相碰。
在两电极间原有一直流电压（称之为偏压）。若在两电极间加由放大器输出的音频电压，与原来的输出电压相重叠，形成交变的脉动电压，这个脉动电压产生于两极间隙吸引力的强弱变化，而振膜因此振动而发声。
静电扬声器的优点是整个振膜同相振动，振膜轻，失真小，可以重放极为清脆的声音，有很好的解析力、细节清楚、声音逼真。它的缺点是效率低，需要高压直流电源，容易吸尘，振膜加大失真亦会加大，不适合听摇滚、重金属音乐，价格相对贵一些。
３、 压电扬声器：利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器称为压电扬声器。电介质（如石英、酒石酸钾钠等晶体）在压力作用下发生极化使两端表面间出现电势差的现象，称之为“压电效应”。它的逆效应，即置于电场中的电介质会发生弹性形变，称为“逆压电效应”或“电致伸缩”。
压电扬声器同电动式扬声器相比不需要磁路，和静电扬声器相比不需要偏压，结构简单、价格便宜，缺点是失真大而且工作不稳定。
４、 离子扬声器：在一般的状态下，空气的分子量中性的、不带电。但经过高压放电后就成为带电的粒子，这种现象称游离化。把游离化的空气利用音频电压振动，则产生声波，这就是离子扬声器的原理。
为了离子化，就要加20MHz的高频电压，而在其上重叠音频信号压电。离子扬声器由高频振荡部分，音频信号调制部分，放电腔及号筒组成。
放电腔采用将直径8mm的石英棒在中心开孔，开成石英管，将一个电极插入其中，35
另一个电极所示，呈圆筒形套在石英管外面，由于采用无声放电形式，只有中心的针头电极有损耗，可以定期更换中心电极。离子扬声器与其他扬声器不同之处在于没有振膜，所以瞬态特性和高频特性都很好，但结构太复杂。
５、火焰扬声器：当空气和煤气燃烧的火焰通过电极，电极加有直流电压和高频信号，火焰受音频信号调制而发声。火焰几乎无质量，声音动态极好。但它有致命的缺点：不安全，不方便。
６、气流调制扬声器：又称气流扬声器。它是利用压缩空气作能源，利用音频电流调制气流发声的扬声器。它由气室、调制阀门、号筒和磁路组成。压缩空气气流由气室经过阀门里，受外加音频信号调制，使气流的波动按照外加音频信号而变化，同时被调制的气流经号筒耦合，以提高系统的效率。它主要用做高强度噪声环境试验的声源或远距离广播等。
７、磁致失真扬声器。这是一种特殊的强磁体，它能在磁场作用下振动发声。
（四）、打开显示器等电器后盖，找找哪些是电感，哪些是电容？查看其型号及参数。
（五）、试制作一个驻极电容话筒或一个电动式喇叭。
36
2024年1月10日发(作者：巴白筠)
任务2、扬声器和麦克风
[教学目标]
认识扬声器和麦克风的结构和原理。
掌握电容、电感的概念、相关计算方法。
熟练掌握电容器、电感器的参数、作用及测量。
掌握电容电路和电感电路的简单分析。
了解变压器的使用与测量。
[教学重点]：
电容器、电感器
一、任务：
１、拆装扬声器和麦克风，认识其简易结构与原理。
2、掌握电容和电感的概念。
3、了解音响电路中滤波电容与电感对声音质量的影响。
二、所用元件
扬声器
以动圈式扬声器为例。
由磁头、音圈、支架、纸盆等组成。
麦克风
这里以驻极式电容麦克风为例。
主要部件是驻极式话筒头或称麦克风头（俗称MIC 头或咪头）、1-10UF的电容、2.2K左右的电阻、5号电池盒各一个。当然还有一个麦克风壳。
元器件介绍
电容器(Capacitor)：
电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。我们已知道，电阻对电流有阻碍作用。我们还将知道，电容对电压变化有阻碍作用，电感对电流变化有阻碍作用。
电解电容：
18
纸介电容：
独石电容：陶瓷电容：
薄膜电容：
云母电容：
钽铌电解电容：
半可变电容：可变电容：
电容器，通常简称其为电容（其实，电容是个物理量，电容器是元件。这与电阻器相似）。用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。
19
1、电容器型号命名法
电容器型号命名法
第一部分：主称
符号 意
义
电
容
器
符号
C
Y
I
O
Z
J
B
L
Q
S
H
D
A
N
G
T
E
第二部分：
材料
意义
瓷介
云母
玻璃釉
玻璃膜
纸介
金属化纸
聚苯乙烯
涤纶
漆膜
聚碳酸脂
复合介质
铝
钽
铌
合金
钛
其他
符号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
J
W
瓷介
圆片
管形
叠片
独石
穿心
支柱
－
高压
－
云母
非密封
非密封
密封
密封
－
－
－
高压
－
第三部分：
特征、分类
意义
玻璃
－
－
－
－
－
－
－
－
－
金属膜
微调
电解
箔式
箔式
烧结粉固体
烧结粉固体
－
－
无极性
－
特殊
其他
非密封
非密封
密封
密封
穿心
－
－
高压
特殊
对主称、材料相同，仅尺寸、性能指标略有不同，但基本不影响互使用的产品，给予同一序号；若尺寸性能指标的差别明显；影响互换使用时，则在序号后面用大写字母作为区别代号。
第四部分：
序号
示例：
(1) 铝电解电容器
C D 1 1
第四部分：序号
第三部分：特征分类（箔式）
第二部分：材料（铝）
第一部分：主称（电容器）
(2) 圆片形瓷介电容器
C C 1－1
第四部分：序号
第三部分：特征分类（圆片）
第二部分：材料（瓷介质）
第一部分：主称（电容器）
(3)纸介金属膜电容器
C Z J X
第四部分：序号
第三部分：特征分类（金属膜）
第二部分：材料（纸介）
第一部分：主称（电容器）
2、电容器的主要技术指标
(1) 电容器的耐压： 常用固定式电容的直流工作电压系列为：6.3V，10V，16V，25V，20
40V，63V，100V，160V，250V，400V。
(2) 电容器容许误差等级：常见的有七个等级如表所示。
+20%
-30%
容许误差 2% 5% 10% 20%
级别
0.2 I II III IV
(3) 标称电容量：
固定式电容器标称容量系列和容许误差
系列代号
容许误差
标称容量对应值
E24 E12
+50%
-20%
V
+100%
-10%
VI
E6
5%（I）或（J） 10%（II）或（K） 20%（III）或（m）
10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30,10,12,15,18,22,27,310,15,22,23,47,68
33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,90 3,39,47,56,68,82
注：标称电容量为表中数值或表中数值再乘以10n，其中n为正整数或负整数，单位为pF。
3、电容器的标志方法
(1) 直标法 容量单位：F（法拉）、F（微法）、nF（纳法）、pF（皮法或微微法）。
1法拉=106微法=1012微微法， 1微法=103纳法=106微微法
1纳法=103微微法
例如：4n7
表示4.7nF或4700pF，0.22 表示0.22F，51 表示51pF。
有时用大于1的两位以上的数字表示单位为pF的电容，例如101表示100 pF；用小于1的数字表示单位为F 的电容，例如0.1表示0.1F。
(2) 数码表示法 一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。前两位为有效数字，后一位表示位率。即乘以10i，i为第三位数字，若第三位数字9，则乘10-1。如223J代表22103pF＝22000pF＝0.022F，允许误差为5%；又如479K代表4710-1pF，允许误差为5%的电容。这种表示方法最为常见。
（3）色码表示法 这种表示法与电阻器的色环表示法类似，颜色涂于电容器的一端或从顶端向引线排列。色码一般只有三种颜色，前两环为有效数字，第三环为位率，单位为pF。有时色环较宽，如红红橙，两个红色环涂成一个宽的，表示22000pF。
电感器(Inductor)：
中国早在１１世纪就使用磁体作为航海工具，这就是让我们自豪的指南针。
电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。能产生电感作用的元件统称为电感原件。它经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。电感器的特性恰恰与电容的特性相反，它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。
小小的收音机上就有不少电感线圈，几乎都是用漆包线绕成的空心线圈或在骨架磁芯、铁芯上绕制而成的。有天线线圈（它是用漆包线在磁棒上绕制而成的）、中频变压器（俗称中周）、输入输出变压器等等。
1、电感器的分类
电感器按导磁体性质分为空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈；按工作性质分为天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈；按绕线结构分为单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
常用的电感器有固定电感器、微调电感器、色码电感器等。变压器、阻流圈、振荡线圈、偏转线圈、天线线圈、中周、继电器以及延迟线和磁头等，都属电感器种类。
21
2、电感器的主要技术指标
(1) 电感量:
标称电感量指电感器上标注的电感量的大小。表示线圈本身固有特性，主要取决于线圈的圈数，结构及绕制方法等，与电流大小无关，反映电感线圈存储磁场能的能力，也反映电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力。单位为亨(H)。
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量与线圈中的电流成正比，
其比例常数称为自感系数，用L表示，简称为电感。即：
LI
式中：＝磁通量 I＝电流强度
(2) 固有电容：线圈各层、各匝之间、绕组与底板之间都存在着分布电容。统称为电感
器的固有电容。
(3) 品质因数：
表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：Q=XL/R。线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到一百。
电感线圈的品质因数定义
为：
QLR式中：－工作角频率，L－线圈电感量，R－线圈的总损耗电阻
(4) 额定电流：线圈中允许通过的最大电流。
(5) 线圈的损耗电阻：线圈的直流损耗电阻。
(6) 允许误差 : 电感的实际电感量相对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差。
(7) 感抗 XL：电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL。
3、电感器电感量的标志方法
(1) 直标法。
单位H（亨利）、mH（毫亨）、H（微亨）。
在电感线圈的外壳上直接用数字和文字标出电感线圈的电感量,允许误差及最大工作电流等主要参数。如１６１Ｋ表示１６０μH，误差Ｊ为５%，Ｋ为１０%，Ｍ为２０%。
(2) 数码表示法。方法与电容器的表示方法相同。
(3) 色码表示法。这种表示法也与电阻器的色标法相似，色码一般有四种颜色，前两种
颜色为有效数字，第三种颜色为倍率，单位为H，第四种颜色是误差位。
22
变压器简介
基本原理
变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。
当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载（LOAD），初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。
如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。
变压器的损耗
当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热，变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要是由铁损和铜损产生的。
由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。
变压器的材料
要绕制一个变压器就必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，这里简单介绍一下这方面的知识。
（1）、铁心材料：
变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密23
度（磁感应强度）B来表示，一般黑铁片的B值为０.６－０.８Ｔ、低硅片为０.９－１.１Ｔ，高硅片为１.２－１.６Ｔ（特斯拉）。
（2）、绕制变压器通常用的材料有
漆包线，沙包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。
（3）、绝缘材料
在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕组间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕组间可用黄腊布作隔离。
（4）、浸渍材料：成品油税费
变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。
三、任务分析
1、拆装扬声器和麦克风。
解剖扬声器和麦克风的构造。主要学习其中的电容和电感的作用。
扬声器
扬声器在全世界每年的产量数以亿计，它在通信、广播、教育、日常生活等方面有广泛的用途，和布、帛、菽、粟一样成为人们不可须夷离开的东西。扬声器技术是少数能将艺术与技术相结合、趣味与科学相结合的技术之一；又是将古老声学与现代电子相结合的产物；是有广泛发展空间、又与亿万群众有密切联系的技术。
扬声器（Speaker，Loudspeaker），俗称喇叭，据有关资料记载，最早发明扬声器在1877年，德国人西门子（s）提出了扬声器雏型专利，他首先提出了由一个圆形线圈放置在径向磁场组成的电动结构。
扬声器振动系统只在低频区为一集总参数系统。在分析扬声器时，常采用等效电路法，将扬声器看成由集总参数组成的等效电路。在频率升高时振动系统不再是刚体，要用分布参数系统的特点加以分析。
常见的扬声器有动圈式、舌簧式、压电式等好几种，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，通常外磁式用得多。当音频电流通过音圈时，音圈产生随音频电流而变化的磁场，在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥，带动纸盆振动发出声音。
电动式扬声器其形状大多是锥形、球顶形。
扬声器上一般都标有标称功率和标称阻抗值，例如0．25W8Ω。一般认为扬声器的口径大，标称功率也大。 在使用时，输入功率最好不要超过标称功率太多，以防损坏。万用表R1电阻档测试扬声器，若有咯咯声发出说明基本上能用。测出的电阻值是直流电阻值，比标称阻抗值要小，是正常现象。
麦克风
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麦克风也叫话筒，传声器。主要有电容式的和动圈式的。
电容式麦克风主要由振膜、后极板、极化电源、前置放大器组成。振膜和后极板构成电容麦克风的极头，它实际上是一只平板电容器：一个固定电极，一个可动电板，可动电板就是极薄的振膜。
电容式麦克风是利用导体间的电容充放电原理，以超薄的金属或镀金的塑料薄膜为振动膜感应音压，以改变导体间的静电压直接转换成电能讯号，经由电子电路耦合获得实用的输出阻抗及灵敏度设计而成。
电容式麦克风的特点是频响宽、灵敏度高，非线性失真小，瞬态响应好。也是电声特性最好的一种话筒。缺点是防潮性差，机械强度低，价格稍贵，使用稍麻烦。
利用驻极体材料做成的电容麦克风叫驻极体电容麦克风。一种是用驻极体高分子薄膜材料作振膜，一种是用驻极体作后极板。驻极体本身带电，无须外部笨重的极化电源，简化了电容式麦克风的结构，得到了广泛的应用。
动圈式的麦克风，其实是动圈式扬声器的反应用，不信你可以把动圈话筒接到随身听的耳机输出端试试能不能发声。（开小音量，别烧了！）
电子制作中常用的话筒是驻极体电容话筒，价钱很便宜（约一元一个），音质也不算差，体积很小。其实大多数的电脑多媒体话筒里边就是这东西（早知道自己做一个哟！）。
音箱声音质量的改进
１、电感对输出的影响。
２、电容对输出的影响。
我们在拆装的过程中，除了锻炼动手能力外，主要是了解和熟悉扬声器和麦克风的结构和原理，特别要对电感和电容的理论进行深入研究，它们可是完成我们后续任务的主要基础。
2、自制简易扬声器实验
动圈式扬声器的材料有：
学生电源，火柴盒（取掉匣子），细漆包线（φ0.08毫米），条形磁铁，（其厚度、宽度比火柴盒小），方座支架2个，干电池3节，扩音机，滑动变阻器，道林纸（32开），胶水。
动圈式纸盆扬声器，它主要由磁头、音圈、支架、纸盆等组成。磁头是由一个磁性25
较强的柱形永久磁铁、两块导磁夹板和一个导磁的圆铁心柱组成。靠纸盆一端的导磁增夹板有一个圆洞，这个圆洞和中间的导磁圆铁心柱形成一个很窄的环形磁空隙，磁力线均匀地集中在这个磁空隙内，形成一个很强的磁场。动圈扬声器振动的元件是音圈，音圈是用细漆包线绕成的一个圆柱形线圈。音圈的一端插在磁头空隙内，正好四面不碰磁头，另一端固定在音圈支架与纸盆的中心位置。音圈支架和纸盆的边分别胶牢在纸盆铁架上。
1、将32开的道林纸两边（沿宽的方向）折两叠皱纹。用细漆包线在火柴盒上单层绕上20匝线圈作音圈。将火柴盒垂直粘糊在道林纸的正中央，再把道林纸有皱纹的两边用夹子固定在支架上，将音圈两端漆包线的漆刮掉。再手持条形磁铁插入火柴盒内（应四周不与火柴盒接触），如图所示。
2、将音圈两端先后接在4、6、8伏交流电源上，注意听嗡嗡声的响度有什么变化，同时观察道林纸前后振动的幅度有什么变化。
3、各实验组把制好的简易扬声器分别接在讲台上的扩音机低压（或低阻）输出端，听扬声器发出的广播声音。
注意：
1、条形磁铁不能与火柴盒的四周相接触，是简易扬声器能够发声的关键。
2、如果找不到动圈纸盆扬声器，也可先制作简易扬声器，在其两端接上干电池，观察道林纸的运动情况（直流电压应提高）。
这个实验也可用：直径为 (0.1～0.2 ) 毫米的漆包线约10米；圆柱形磁铁 (或扬声器中环形磁铁 )一块；与磁铁直径相约的柱形纸筒一个；鳄鱼夹 (Crocodile clip) 一对；音源线一条 ；纸杯一个。
用漆包线在柱形纸筒上密绕数层。在漆包线上涂上白胶浆以固定漆包线，并用风扇吹干。将多余的纸筒剪去。将漆包线的两端用刀片刮去外漆。把磁铁放在线圈中间，并在线圈上放上纸杯。
将音源线接在MP3播放器或收音机的输出端，并将音源线的另一端利用鳄鱼夹接在漆包线的两端。当打开MP3播放器或收音机时，扬声器就可以放出悦耳的音乐。
通过下列各要点进行改良：
漆包线的线径、长度、电阻。漆包线围绕的线圈半径、形状。纸筒的质料、半径、厚度、长度。磁铁的形状及磁力的大小。纸杯的质料及形状(不一定要用纸杯，同学们可自行设计音箱)。
通过制作过程，了解动圈式扬声器的构造，并理解其发声原理。
3、制作一个麦克风。
按下面的原理图将各元件焊接起来，输出处通过引线及插头，一个简单的麦克风就制作完成了。当然有个旧麦克的外壳的话放进去就完美了。
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图中，a为传声器组件咪头（一般场效应晶体管与驻极体话筒同装在一个外壳内）；b为连接插头；c为阻抗变换元件（一般都装在被控制的设备中），经过变换后的阻抗为1000Ω左右。场效应晶体管用的电源电压由控制设备中取出。驻极体振膜与背极靠得很近，它们之间的电容约30pF。由于容量小，该电容话筒输出阻抗很高，约几十兆欧，所以使用时必须采用阻抗变换器。目前大都采用场效应晶体管（一般都用3DJ型）接成源极输出电路。
四、知识库
１、电容（Capacitance）
不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。Ｑ＝ＣＵ或 Ｃ＝Ｑ/Ｕ
平行板电容器的电容Ｃ和极板的面积Ｓ成正比，和极板之间距离d成反比，还与极板间的绝缘材料ε有关。Ｃ＝εＳ/d。
电容的基本单位为法拉（F）。但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。
q
q
_
+
电容并联类似于电阻的串联，总电容为各个独立电容器电容之和。
电容串联类似于电阻的并联，总电容减小为各电容倒数和之倒数。
在电子线路中，电容主要用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。还有移相、旁路、选频等作用。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。
27
把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿（快慢与电容量有关）即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压，我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。
电容对电压的变化有阻碍作用。（正如电阻对电流有阻碍作用，电感对电流的变化有阻碍作用）。电容器两端的电压不会突变。在包含电容器与串联电阻的电路里，我们用ＲＣ时间常数来表示与已知电容器充放电有关的时间：τ＝Ｒ×Ｃ，τ（μS）＝Ｒ（Ω）×Ｃ（μＦ）。为了完全从一个电压变化到新的电源电压，电容器至少需要５个ＲＣ时间常数。
举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000μF，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。
电子电路中，只有在电容器充电（Charging A Capacitor）过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。当将电容器接于交流电源时，电容器便开始周期性充电（Charging）和放电（Discharging）。当极板上的电量Ｑ或电压Ｕ发生变化时，电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。
电容电路中电流与电压的变化率成正比。I=dQ/dt=CdU/dt。
交流电是能够通过电容的，但是电容对交流电仍然有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率高，交流电也容易通过电容，说明频率高，电容的阻碍作用也小。实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用XC表示，电容用C表示，频率用f表示，那么XC＝1／(2πfC)
容抗的单位是欧。
电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。
电容并联时总电容为各个电容之和，这跟电阻的串联有点相似。
电容串联时总电容和电阻的并联类似。
２、电感（Inductance）
１、电磁感应。变动的磁场能够在导体中引起电动势的现象，叫做电磁感应。由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。由感应电动势所引起的电流叫做感应电流。
电磁感应现象的实质是磁通量的变化产生感应电动势。
感应电动势的方向总是在企图由它产生的感应电流建立一个附加的磁通量，以阻碍28
引起感应电动势的那个磁通量的变化。
（１）、直导体中的感应电动势。当导体对磁场作相对运动而切割磁力线时，导体中感应电动势的大小，取决于磁感强度、导体长度和切割速度。
实验表明，当直导体在均匀磁场中，沿着与磁力线垂直的方向运动时，所产生的感应电动势的大小Ｅ为Ｅ＝ＢＬＶ。即与导线的有效长度L、导线的运动速度V、磁感应强度Ｂ成正比。
其中磁感应强度Ｂ＝Φ/Ｓ，
２２单位名称是特斯拉（Ｔ），也就是韦伯/ 米（Ｗｂ/Ｍ），以前也常用电磁制单位高斯（Ｇｓ）表示。它们的关系是
２４１Ｔ（Ｗｂ/Ｍ）＝１０Ｇｓ。
８Φ－磁通，单位是韦伯（Ｗｂ）。１Ｗｂ＝１０条磁通线。一条磁通线也叫１麦８克斯韦。因而，１Ｗｂ＝１０麦克斯韦。
磁感应强度Ｂ和磁通Φ，既有联系又有区别。Ｂ是描述磁场内各点性质的物理量，而磁通Φ是用来描述磁场内某一个面上磁场状况的物理量。
感应电动势的方向按发电机右手定则确定，如图所示。即把右手伸开，手心迎着磁力线，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。感应电流的方向与感应电动势的方向一致。
发电机右手定则
必须指出，感应电流只有在闭合回路中才能产生，其大小除了与感应电动势的大小有关外，还与电路中电阻的大小有关。而导体中的感应电动势则不论电路是否闭合，只要切割磁力线就会产生，其大小与回路中的电阻无关。
当导体在磁场中产生感应电动势时，导体便成了电源。
若把它的两端和外电路接通形成闭合回路时，它就能输出一定的电能。借助于磁场把机械能转变为电能，这就是发电机的基本原理。
（２）、线圈中的感应电动势。
当线圈回路中的磁通发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小，取决于磁通变化的速度（即磁通变化率）和线圈的匝数。
法拉第定律，线圈中的感应电动势的大小与磁通变化率成正比，与线圈的匝数成正比。即E＝Ｎ（ｄΦ/ｄｔ）。
右手螺旋定则指出，回路中磁通变化时，大拇指指向磁通变化的反方向，四指则指感应电动势的方向。
２、自感应和电感。
线圈中通有电流就产生磁场。
确定导体周围磁场方向的右手定则规定，当右手握住导线，姆指指向导线电流方向时，则环绕导线的四指指向磁场的方向（由北极Ｎ出发回到南极Ｓ）。
确定磁场极性的右手定则规定，当右手四指按照电流的方向握住线圈，则伸出的拇指指向线圈的北极Ｎ。
当电流变化时，线圈中的磁通也跟着变化，因此线圈内便产生感应电动势。这种由于线圈自身电流变化而产生感应电动势的现象，叫做自感应。由此产生的感应电动势叫做自感电动势，用符号ＥＬ表示。自感电动势是感应电动势的一种，所以自感电动势的大小和方向可以用电磁感应定律来确定。
29
体现线圈自身产生自感电动势能力的物理量，叫做自感量，简称自感，也叫电感，用符号L表示。它的基本单位是亨利（H），常用毫亨（mH）为单位。
1H=1000mH，１mH＝1000μH。
L
u (t)
+ -
i
实验证明，当线圈中没有铁磁材料时，线圈的磁链（或磁通）和电流成正比。即
Ψ＝ＮΦ＝Ｌｉ
ddi(t)
(t)Li(t)
E(t)L电感电路中，电压与电流的变化率成正比。
d td t线圈的匝数Ｎ愈多，其电感愈大；线圈中单位电流产生的磁通量愈大，电感也愈大。可见，电感Ｌ在数值上等于单位电流所产生的磁通链，所以电感是表示电感线圈产生磁通链能力的物理量。
有ＥＬ=－Ｌｄｉ／ｄｔ，即自感电动势的大小和线圈中电流的变化率成正比。其方向总是阻碍线圈电流的变化。因而，自感电动势实际上总是力图维持线圈内的电流不变。
电感器对电流变化有阻碍作用。电感器上的电流不会突变。在我们用Ｌ/Ｒ时间常数来表示与已知电感器电流在０与最大值之间变化的有关时间：τ＝Ｌ/Ｒ，τ（S）＝Ｌ（Ｈ）/Ｒ（Ω）。电流为了从一个稳定状态变化到另一个新的稳定状态，至少需要５个Ｌ/Ｒ时间常数。
值得注意的是，包含电感器与串联电阻的电路里，若电源与电路的开关闭合时间充分久（大于５个τ），这时打开电路和电源的连接开关时，电感上会在瞬间感生很高的电压，和电源电压叠加使开关打火。汽车点火就是用这个道理。可在一般电路中并不希望开关打火而烧毁，常采用下面的保护电路。
一个线圈电感的大小决定于线圈的结构。（如匝数、尺寸、有无铁芯、铁芯的形状和磁性质等）。譬如，一个铁芯线圈的电感比空心线圈的电感大得多。所以常常把导体绕成的线圈叫做电感线圈。
交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。电感量大，交流电难以通过线圈，说明电感量大，电感的阻碍作用大；交流电的频率高，交流电也难以通过线圈，说明频率高，电感的阻碍作用也大。实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。如果感抗用XL表示，电感用L表示，频率用f表示，那么
XL＝ 2πfL
感抗的单位是欧。
扬声器是法拉第定律的一个很好例证。
当载流导体通过磁场时，会受到一个电动力，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时，音圈受到一个30
交变推动力产生交变运动，带动纸盆振动，反复推动空气而发声。
使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁场对载流导体的作用力，这个效应我们称它为电动式换能器的力效应，其大小由下式规定：
F=B L i
式中：B为磁隙中的磁感应密度（强度），其单位为N/（A.m）（牛顿/（安培.米））
F为磁场对音圈的作用力，单位：牛顿
但是，在通电音圈受力运动的同时，由于会切割磁隙中的磁力线从而在音圈内产生感应电动势，这个效应我们称它为电动式换能器的电效应，其感应电动势的大小为：
Ｅ=Вiν
式：ν为音圈的振动速度，其单位为：米/秒
Ｅ为音圈中感应电动势，单位为：伏特
电动式扬声器力效应与电效应是同时存在、相伴而行的。
电感串联时总电感为各个电感之和。
电感并联时总电感和电阻的并联类似。
3、简单电容、电感电路分析
（1）RC电路
在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路，在这些电路中，
电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用，如微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路等。
（2）RL电路
日光灯其实是RL电路。镇流器L是绕在铁芯上的线圈。
闭合开关后电压通过日光灯的灯丝加在启动器的两端，启动器发热——触点接触——冷却——触点断开。在触点断开的瞬间，镇流器 L 中的电流急剧减小，产生很高的感应电动势。感应电动势和电源电压叠加起来加在灯管两端的灯丝上，把灯管点燃。
实际使用的启动器中常有一个电容器并联在氖泡的两端，它能使两个触片在分离时不产生火花，以免烧坏触点，同时还能减轻对附近无线电设备的干扰。没有电容器时启动器也能工作。
（3）RLC电路
RLC电路的组成结构一般有两种：串联型和并联型。
五、仪器与测量
1、示波器的用法介绍
我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。
普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。
辉度控制用来调切波形显示的亮度。对于屏幕上的文字部分，另有单独的辉度控制机构。聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小，以便获得清晰的波形轨迹。扫描旋31
转控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。由于地球的磁场在各个地方是不同的，这将会影响示波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的，通常只需在示波器搬动后再行调节。标尺亮度可以单独控制。这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。Z调制，扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变。这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座。灵敏度是以每格的伏特数来衡量的，灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的，而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行。耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置。动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值，在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部。示波器中控制水平偏转，即X轴的系统称为时基。
示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。
在灵敏度为1v/格的情况
示波器测量实例。
使用示波器测量电压和电流的波形。
使用示波器比较相位。
使用示波器确定频率。
2、用万用表识别与测量电容和电感
电容的识别与测量
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固定电容的检测。因10p以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象。测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)或阻值为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。
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对于10pF ~ 0.01μF的固定电容器，首先用万用表R×10k挡测试一下电容有无短路或漏电现象，在确认电容无内部短路或漏电后，采用图 的电路可测其是否有充电现象，进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上，且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极E和集电极C相接。CX为被测电容。由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆动幅度加大，从而便于观察。应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触A、B两点，才能明显的看到万用表指针的摆动。
对于0.01μF以上的固定电容器，可用万用表的R×1k挡直接测其有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容的容量。测试操作时，先用两表笔任意触碰电容的两引脚，然后调换表笔再触碰一次，如果电容是好的，万用表指针会向右摆动一下，随即向左迅速返回无穷大位置。电容量越大，指针摆动幅度越大。如果反复调换表笔触碰电容两引脚，万用表指针始终不向右摆动，说明该电容的容量已低于0.01μF或者已经消失。测量中，若指针向右摆动后不能再向左回到无穷大位置，说明电容漏电或已经击穿短路。
因为电解电容的容量较一般固定电容大得多，所以，测量时，应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μF间的电容，可用R×1k挡测量，大于47μF的电容可用R×100挡测量。
将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，在刚接触的瞬间，万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡，容量越大，摆幅越大)，接着逐渐向左回转，直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻，此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明，电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上，否则，将不能正常工作。在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏，不能再使用。
对于正、负极标志不明的电解电容器，可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。
使用万用表电阻挡，采用给电解电容进行正、反向充电的方法，根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。
可变电容器的检测，用手轻轻旋动转轴，应感觉十分平滑，不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将转轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时，转轴不应有松动的现象。
用一只手旋动转轴，另一只手轻摸动片组的外缘，不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触不良的可变电容器，是不能再继续使用的。
将万用表置于R×10k挡，一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端，另一只手将转轴缓缓旋动几个来回，万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中，如果指针有时指向零，说明动片和定片之间存在短路点；如果碰到某一角度，万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值，说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。
用下面电路简单测量电容器的电容量。
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测量“电阻 + 电容”串联电路中，电容上面的交流电压，再根据分压公式计算。
电感的识别与测量
用万用表一般只能测电感的断线开路故障，短路时就不好用测电阻的方法了。这时可用测电流和感觉线圈发热间接地判断。
电感量的测量要用专门的测试仪器，一般人不具备。这时根据下面电路也可用万用表间接地测量电感器的电感量。
测量 “电阻 + 电感”串联电路中，电感上面的交流电压，再根据分压公式计算。
六、体验与挑战
（一）、试认识并简单分析低通滤波电路
（二）、电风扇的原理与制作
电磁感应现象的应用：电动机。
（三）、了解其它扬声器工作原理：
１、 磁式扬声器：亦称“舌簧扬声器”，在永磁体两极之间有一可动铁心的电磁铁，当电磁铁的线圈中没有电流时，可动铁心受永磁体两磁极相等级吸引力的吸引，在中央保持静止；当线圈中有电流流过时，可动铁心被磁化，而成为一条形磁体。随着电流方向的变化，条形磁体的极性也相应变化，使可动铁心绕支点作旋转运动，可动铁心的振动由悬臂传到振膜（纸盆）推动空气热振动。
２、 静电扬声器：它是利用加到电容器极板上的静电力而工作的扬声器，就其结构看，因正负极相向而成电容器状，所以又称为电容扬声器。有两块厚而硬的材料作为固定极板，极板上有此可以透过声音，中间一片极板则用薄而轻的材料作振膜（如铝膜）。将振膜周围固定、拉紧而与固定极保持相当距离，即使在大振膜上，亦不致与固定极相碰。
在两电极间原有一直流电压（称之为偏压）。若在两电极间加由放大器输出的音频电压，与原来的输出电压相重叠，形成交变的脉动电压，这个脉动电压产生于两极间隙吸引力的强弱变化，而振膜因此振动而发声。
静电扬声器的优点是整个振膜同相振动，振膜轻，失真小，可以重放极为清脆的声音，有很好的解析力、细节清楚、声音逼真。它的缺点是效率低，需要高压直流电源，容易吸尘，振膜加大失真亦会加大，不适合听摇滚、重金属音乐，价格相对贵一些。
３、 压电扬声器：利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器称为压电扬声器。电介质（如石英、酒石酸钾钠等晶体）在压力作用下发生极化使两端表面间出现电势差的现象，称之为“压电效应”。它的逆效应，即置于电场中的电介质会发生弹性形变，称为“逆压电效应”或“电致伸缩”。
压电扬声器同电动式扬声器相比不需要磁路，和静电扬声器相比不需要偏压，结构简单、价格便宜，缺点是失真大而且工作不稳定。
４、 离子扬声器：在一般的状态下，空气的分子量中性的、不带电。但经过高压放电后就成为带电的粒子，这种现象称游离化。把游离化的空气利用音频电压振动，则产生声波，这就是离子扬声器的原理。
为了离子化，就要加20MHz的高频电压，而在其上重叠音频信号压电。离子扬声器由高频振荡部分，音频信号调制部分，放电腔及号筒组成。
放电腔采用将直径8mm的石英棒在中心开孔，开成石英管，将一个电极插入其中，35
另一个电极所示，呈圆筒形套在石英管外面，由于采用无声放电形式，只有中心的针头电极有损耗，可以定期更换中心电极。离子扬声器与其他扬声器不同之处在于没有振膜，所以瞬态特性和高频特性都很好，但结构太复杂。
５、火焰扬声器：当空气和煤气燃烧的火焰通过电极，电极加有直流电压和高频信号，火焰受音频信号调制而发声。火焰几乎无质量，声音动态极好。但它有致命的缺点：不安全，不方便。
６、气流调制扬声器：又称气流扬声器。它是利用压缩空气作能源，利用音频电流调制气流发声的扬声器。它由气室、调制阀门、号筒和磁路组成。压缩空气气流由气室经过阀门里，受外加音频信号调制，使气流的波动按照外加音频信号而变化，同时被调制的气流经号筒耦合，以提高系统的效率。它主要用做高强度噪声环境试验的声源或远距离广播等。
７、磁致失真扬声器。这是一种特殊的强磁体，它能在磁场作用下振动发声。
（四）、打开显示器等电器后盖，找找哪些是电感，哪些是电容？查看其型号及参数。
（五）、试制作一个驻极电容话筒或一个电动式喇叭。
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