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电工电子学 复习 第1章电路的基本概念与基本定律 掌握 1 1电路的作用与组成部分1 2电路模型1 3电压和电流的参考方向1 4欧姆定律1 5电路有载工作 开路与短路1 6基尔霍夫定律1 7电路中电位的概念及计算 1 1电路的作用与组成部分 1 电路是电流的通路 是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成 P7 2 电路的作用 P7 8 1 实现电能的传输和转换 如电力系统 2 实现信号的传递和处理 如扩音机 3 电路的组成部分 P8 电源 信号源 中间环节 负载 1 2电路模型 1 实际电路的电路模型是指由理想电路元件或其组合所组成电路 理想电路元件主要有电阻元件 电感元件 电容元件和电源元件等 P8 9 1 3电压和电流的参考方向 P9 10 参考方向 在分析与计算电路时 对电量任意假定的方向 注意 在参考方向选定后 电流 或电压 值才有正负之分 电流 电压 2 参考方向的表示方法 3 实际方向与参考方向的关系 P9 10 实际方向与参考方向一致 电流 或电压 值为正值 实际方向与参考方向相反 电流 或电压 值为负值 1 4欧姆定律 P11 U I参考方向相同时 U I参考方向相反时 U IR U IR 1 5电源有载工作 开路与短路 1 电压电流关系 U E IRo 1 5 2 2 功率与功率平衡 P PE P 负载取用功率 电源产生功率 内阻消耗功率 UI EI I2Ro 发出功率 吸收功率 电源 负载 1 5 1电源有载工作 P13 开关闭合 接通电源与负载 3 电源与负载的判别 P15 1 根据U I的实际方向判别 电源 U I实际方向相反 即实际电流从实际 端流出 发出功率 负载 U I实际方向相同 即实际电流从实际 端流入 吸收功率 2 根据功率判别 U I参考方向相同 P UI 0 负载 P UI 0 电源 U I参考方向不同 P UI 0 负载 P UI 0 电源 例1 a 电压源的作用 b 电流源的作用 既不是负载 也不是电源 电源 2 图中向外输出能量是a 电流源b 电压源c 电流源和电压源 2 3 图中电压源的作用a 电源b 负载c 既不是电源也不是负载 4 若将R 2 则电流源为 电压源为a 电源b 负载c 既不是电源也不是负载 a b a a IU 5 5 若将R 5 则电流源为 电压源为a 电源b 负载c 既不是电源也不是负载 a c 例2 电压源的作用 10A 1 10V I U 既不是电源也不是负载 例3 已知RL消耗功率40W 则理想电压源消耗的功率为 10W 1 5 2电源开路 P16 1 开路处的电流等于零 I 0 2 开路处的电压U视电路情况而定 2 电路中某处断开时的特征 1 特征 开关断开 电源外部端子被短接 1 短路处的电压等于零 U 0 2 短路处的电流I视电路情况而定 2 电路中某处短路时的特征 1 5 3电源短路 17 1 6基尔霍夫定律 支路 电路中的每一个分支 一条支路流过一个电流 称为支路电流 结点 三条或三条以上支路的联接点 回路 由支路组成的闭合路径 网孔 内部不含支路的回路 1 电路中基本术语 P19 2 基尔霍夫电流定律 KCL定律 P19 1 内容 在任一瞬间 流向任一结点的电流等于流出该结点的电流 在任一瞬间 一个结点上电流的代数和 一般可以规定流入为正 流出为负 恒等于零 2 形式 入 出或 0 3 推广 KCL可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面 I 例1 I 0 IA IB IC 0 广义结点 3 基尔霍夫电压定律 KVL定律 P20 21 2 形式 U升 U降或 U 0 1 内容 在任一瞬间 从回路中任一点出发 沿回路循行一周 则在这个方向上电位升之和等于电位降之和 在任一瞬间 沿任一回路循行方向 回路中各段电压的代数和 可以规定电位降为正 电位升为负 恒等于零 3 推广 KVL可以推广应用于回路中的部分电路 例1 图中电动势E 电压U和电流I之间的关系 例2 在电路中 电压U和电流I之间关系为 或 1 7电路中电位的概念及计算 P23 24 电位 电路中某点至参考点的电压 记为 VX 通常设参考点的电位为零 1 电位的概念 2 电位的计算步骤 1 任选电路中某一点为参考点 设其电位为零 2 标出各电流参考方向并计算 3 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位 某点电位为正 说明该点电位比参考点高 某点电位为负 说明该点电位比参考点低 1 电位值是相对的 参考点选取的不同 电路中各点的电位也将随之改变 即与参考点的选取有关 2 电路中两点间的电压值是固定的 不会因参考点的不同而变 即与参考点的选取无关 3 电位和电压与参考点的关系 例1 3 的滑动变阻器向下移动时 则a点电位值将 变大 R S 3V 6V a b c 例2 图中 c点电位在开关S断开时应比开关S闭和时 解 S闭合时 S断开时 高 例3 图中 当RP的活动触点向右移动时 B点的电位将 降低 6V 3V 1 2 B 4 A 例4 图中A点的电位 5V 例2 试求图中电路的电流I I1和电阻R 设Uab 0 解 1 对acbd的正方形闭合面由基尔霍夫电流定律得I 6A 2 由Uab 2 2I1 0 得I1 1A 3 由Uab 0 得I4 I5平均分流 故I4 I5 3A 对b点由基尔霍夫电流定律I3 I1 I5 得I3 1 3 2A 对a点由基尔霍夫电流定律I4 I1 I2 得I2 3 1 4A 对R由欧姆定律得R Uad I2 Ubd I2 1 I3 I2 2 4 0 5 3 对c点由基尔霍夫电流定律I4 I5 6A对回路abca基尔霍夫电压定律Uab 4I5 4I4 0对a点由基尔霍夫电流定律I4 I1 I2 得I2 3 1 4A对b点由基尔霍夫电流定律I3 I1 I5 得I3 1 3 2A对回路abda基尔霍夫电压定律Uab I3 RI2 0 第2章电路的分析方法 2 2电阻星型联结与三角型联结的等效变换 2 3电源的两种模型及其等效变换 掌握 理解 2 4支路电流法 会应用 2 5结点电压法 掌握 理解 2 6叠加原理 掌握 理解 2 7戴维宁定理与诺顿定理 掌握 理解 2 8受控源电路的分析 2 9非线性电阻电路的分析 2 1电阻串并联连接的等效变换 掌握 理解 1 电阻的串联P31 特点 两电阻串联时的分压公式 1 等效电阻等于各电阻之和R R1 R2 2 1电阻串并联连接的等效变换 2 串联电阻上电压的分配与电阻成正比 2 电阻的并联P31 1 等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和 特点 两电阻并联时的分流公式 2 电阻的并联P31 特点 2 并联电阻上电流的分配与电阻成反比 3 电阻混联电路的计算 方法 运用电阻的串并联等效变换 2 3电源的两种模型及其等效变换 2 3 1电压源模型P37 1 实际电压源模型 UO E 理想电压源 O 电压源 U E IR0 2 理想电压源 恒压源 电压源的外特性 2 3 2电流源模型P37 38 电流源的外特性 U0 ISR0 理想电流源 O IS 电流源 1 实际电流源模型 2 理想电流源 恒流源 1 电源两种模型之间的等效变换P40 由图a U E IR0 由图b U ISR0 IR0 方向 电流的流向为电动势的电位升 2 3 3电源两种模型之间的等效变换 电压源与电流源的内阻R0相等 1 电压源和电流源的等效关系只对外电路而言 对电源内部则是不等效的 2 理想电压源与理想电流源之间无等效关系 2 电源等效变换的注意事项P40 5 若理想电压源与某一支路并联 则等效为该理想电压源 若理想电流源与某一支路串联 则等效为该理想电流源 7 电源两种模型之间的等效变换的三步骤 1 结构 串联的电压源 并联的电流源 2 参数大小 E ISR0或IS E R0 3 方向 电压源的电位升和电流源的流向相同 例1 求下列各电路的等效电源 解 5v 5A 例2 图示电路的戴为宁等效电动势E和等效内阻R0为 b E 4V R0 2 c E 10V R0 2 a E 8V R0 2 c a 3A b 图4 b 5V 图4 a IS a b IS 3A 例3 若将图 a 中的3A换成1或4A 则图 b 中的IS如何 图3 a 5V R1 a b RO US 图3 b R2 a b 若RO 10 则R1 10 例4 2 4支路电流法P45 1 在图中标出各支路电流的参考方向 对选定的回路标出回路循行方向 2 应用KCL对结点列出 n 1 个独立的结点电流方程 3 应用KVL对回路列出b n 1 个独立的回路电压方程 通常可取网孔列出 4 联立求解b个方程 求出各支路电流 1 支路电流法的解题步骤 例1 在图示电路中 各电阻值和Us值均已知 欲用支路电流法求解流过电压源的电流I 列出独立的电流方程数和电压方程数分别为 3和3 2 5结点电压法P48 1 结点电压的概念 任选电路中某一结点为零电位参考点 用 表示 其它各结点对参考点的电压 称为结点电压 结点电压的参考方向从结点指向参考结点 2 两结点的结点电压公式 注意 1 分母是各支路电导之和 恒为正值 串联在恒流源支路中的电阻不起作用 2 分子中各项可以为正 其中以流入该节点的电源电流为正 也可以可负 2 6叠加原理P50 1 叠加原理 对于线性电路 任何一条支路的电流 都可以看成是由电路中各个电源 电压源或电流源 分别作用时 在此支路中所产生的电流的代数和 叠加原理只适用于线性电路 不作用电源的处理 E 0 即将E短路 Is 0 即将Is开路 线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算 但功率P不能用叠加原理计算 2 注意事项 解题时要标明各支路电流 电压的参考方向 若分电流 分电压与原电路中电流 电压的参考方向相反时 叠加时相应项前要带负号 例1 在图示电路中 当Us单独作用时 电阻RL中的电流IL 1A 则当Us和IL共同作用时 IL应为 a 2 5A b 1 5A c 1A 例2 求解图中电流I4 解 方法1 电源的等效变换 例1 求解图中电流I4 解 方法2 应用叠加定理 例1 求解图中电流I4 解 方法3 结点电压法 Uab 例1 求解图中电流I4 解 方法4 戴维宁定理 2 7戴维宁定理与诺顿定理 电压源 戴维宁定理 电流源 诺顿定理 1 无源二端网络可化简为一个电阻 2 有源二端网络可化简为一个电源 一 基本的等效变换 2 7 1戴维宁定理P54 1 内容 任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替 等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去 理想电压源短路 理想电流源开路 后所得到的无源二端网络a b两端之间的等效电阻 等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压U0 即将负载断开后a b两端之间的电压 等效电源 2 戴维宁定理的解题步骤 1 求等效电源的电动势E 断开待求支路开路电压U0C 2 求戴维宁等效电阻R0 理想电压源短路 理想电流源开路 3 作等效电路图求待求量U或I 例1 求图中电流I 方法1 戴维宁定理 P67 71 2 3 4 2 7 8 2 7 1 方法1 戴维宁定理 例1 求图中电流I 方法2 叠加定理定理 例3 求图示电路中的电流I 已知R1 R3 2 R2 5 R4 8 R5 14 E1 8V E2 5V IS 3A 1 求UOC 解 2 求R0 3 求I R0 R1 R3 R5 R2 20 例4 用戴维宁定理求图示电路的电流I 解 1 断开待求支路 得有源二端网络如图 b 所示 由图可求得开路电压UOC为 2 将图 b 中的电压源短路 电流源开路 得除源后的无源二端网络如图 c 所示 由图可求得等效电阻Ro为 3 根据UOC和Ro画出戴维宁等效电路并接上待求支路 得图 a 的等效电路 如图 d 所示 由图可求得I为 例2 求图中电流IL 戴维宁定理 例3 在下图中 1 试求电流I和电压Uab 2 试计算理想电压源的功率 并说明它是取用功率还是发出功率 解 1 用戴维宁定理求解 2 理想电压源的功率 两结点的结点电压公式 3 2储能元件和换路定则 掌握 理解 3 3RC电路的响应 掌握 理解 3 4一阶线性电路暂态分析的三要素法 掌握 理解 3 6RL电路的响应 掌握 理解 3 5微分电路和积分电路 3 1电阻元件 电感元件 电容元件 掌握 第3章电路的暂态分析 3 1 1电阻元件 根据欧姆定律 3 1电阻元件 电感元件与电容元件P75 电阻的能量 1 电压和电流的基本关系式 2 电阻元件耗能p75 电阻总是消耗电能 是耗能元件 3 1 2电感元件P75 1 电压和电流的基本关系式 直流电路中 电感短路 2 电感元件储能 磁场能 即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中 电感是储能元件 3 1 3电容元件P76 1 电压和电流的基本关系式 电场能 2 电容元件储能 即电容将电能转换为电场能储存在电容中 电容是储能元件 直流电路中 电容短路 例1 图中 A点电位值为 3V 例2 图中 A点电位值为 11V A 20k 6V 20k 10k 1000pF 例3 图中 A点电位值为 A 8 15V 5 10 0 5uF 0 1H 5V 第4章正弦交流电路 4 2正弦量的相量表示法 理解 4 4电阻 电感与电容元件串联交流电路 掌握 4 1正弦电压与电流 理解 4 3单一参数的交流电路 掌握 理解 4 5阻抗的串联与并联 掌握 理解 4 9非正弦周期电压和电流 4 8功率因数的提高 理解 4 7交流电路的频率特性 4 6复杂正弦交流电路的分析与计算 4 1正弦电压与电流 幅值 角频率 初相角成为正弦量的三要素 一 正弦量的三要素P101 4 1 1频率与周期P102 周期T 变化一周所需的时间 s 角频率 rad s 4 1 2幅值与有效值P103 幅值 Im Um Em 有效值 I U E 4 1 3初相位与相位差P104 2 相位差 两同频率的正弦量之间的初相位之差 不同频率的正弦量不能比较它们的相位差 1 初相位 表示正弦量在t 0时的相角 设正弦量 1 相量 表示正弦量的复数称相量 2 相量表示 4 2正弦量的相量表示法P106 注意 相量只是表示正弦量 而不等于正弦量 1 相量式 2 相量图 把相量表示在复平面的图形 可不画坐标轴 只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上 4 3单一参数的交流电路P109 4 3 1电阻元件的交流电路P109 1 电压与电流的关系 相量式 相量图 特点 1 频率相同 2 大小关系 3 相位关系 u i相位相同 2 功率关系 1 瞬时功率p 2 平均功率 有功功率 P 单位 瓦 W 3 无功功率Q 单位 var 4 3 2电感元件的交流电路P111 1 电压与电流的关系 相量式 相量图 2 U IXL 3 电压超前电流90 相位差 特点 1 频率相同 2 功率关系 1 瞬时功率 2 平均功率 单位 瓦 W 3 无功功率Q 单位 var 功率因数为0 1 电流与电压的关系 4 3 3电容元件的交流电路P114 相量式 相量图 特点 1 频率相同 2 功率关系 容抗 3 电流超前电压90 相位差 1 瞬时功率 2 平均功率 单位 瓦 W 3 无功功率Q 2 U IXC 单位 var 功率因数为0 单一参数电路中的基本关系 小结 P120 例 在电阻和电容串联电路中 电容电压和电流的关系为 a b c a 例 在纯电感电路中 下列各式哪个式子是对的 a b c 例 在纯电容电路中 下列各式哪个式子是对的 a b c c c 1 电流 电压的关系 4 4R L C串联的交流电路P117 1 相量式 阻抗 阻抗模 阻抗角 电路参数与电路性质的关系 阻抗模 阻抗角 例6 已知 则电路为 2 相量图 由阻抗三角形 电压三角形 由功率三角形 由电压三角形 例 已知某负载无功功率Q 3kvar 功率因数为0 8 则其视在功率为多少 3kvar 4w 5V A 2 功率关系 1 瞬时功率 2 平均功率P 有功功率 单位 W 3 无功功率Q 单位 var 4 视在功率S 单位 V A 注 SN UNIN称为发电机 变压器等供电设备的容量 例 图中 us 50sinwtV R1消耗的功率为10W 则总电路的功率因数为 5 10 例 在电阻 电感与电容元件串联的交流电路中 已知R 30 L 127mH C 40 F 电源电压 1 求电流i及各部分电压uR uL uC 2 作相量图 3 求功率P和Q 4 5阻抗的串联与并联P125 4 5 1阻抗的串联 分压公式 通式 4 5 2阻抗并联 通式 分流公式 一般正弦交流电路的解题步骤 1 根据原电路图画出相量模型图 电路结构不变 2 根据相量模型列出相量方程式或画相量图 3 用相量法或相量图求解 4 将结果变换成要求的形式 相量 复数 形式的欧姆定律 解 求各表读数 V表 A1表 A2表 A表 例2 日光灯管与镇流器串联接在频率为50Hz 电压为U 220V的交流电源上 已知灯管的等效电阻R1 280 镇流器的等效电阻R2 20 等效电感L 1 65H 试 1 计算电路中的电流值的大小 灯管两端和镇流器上的电压值的大小 2 计算总电路的P Q S 电路中电流 灯管两端电压 镇流器的阻抗 镇流器电压 例3 在图示电路中 已知 试求电流 及该电路的有功功率 P149 1514 4 5 4 4 6 例2 下图电路中已知 I1 10A UAB 100V 求 总电压表和总电流表的读数 解题方法有两种 1 用相量式 复数 计算 2 利用相量图分析求解 分析 已知电容支路的电流 电压和部分参数 求总电流和电压 求 A V的读数 已知 I1 10A UAB 100V 解法1 用相量式计算 所以A读数为10安 求 A V的读数 已知 I1 10A UAB 100V 由相量图可求得 解 例3 已知 开关闭合后u i同相 开关闭合前 求 1 相量图分析 设为参考相量 解 2 用相量式计算 开关闭合后u i同相 由实部相等可得 由虚部相等可得 例4 在图中 i1 10sin wt 450 A i2 10sin wt 450 A 则i 例 图示正弦交流电路中 且电流有效值I1 4A I2 3A 则总电流有效值I为 设 例6图示电路中 已知 电流表A1的读数为3A 试问 1 A2和A3的读数为多少 2 并联等效阻抗Z为多少 jXL 相量图 电路呈电阻性 4 7 2谐振电路P135 在同时含有L和C的交流电路中 如果总电压和总电流同相 称电路处于谐振状态 此时电路与电源之间不再有能量的交换 电路呈电阻性 谐振的概念 1 串联谐振 1 谐振条件 感抗 容抗 2 谐振频率 或 3 串联谐振特怔 2 电流最大 4 电压关系 电容 电感电压 4 7 3并联谐振 1 谐振条件 2 谐振频率 或 3 并联谐振的特征 1 阻抗最大 呈电阻性 2 恒压源供电时 总电流最小 3 支路电流与总电流的关系 4 8功率因数的提高P141 1 提高功率因数的措施 在感性负载两端并联电容 第5章三相电路 5 1三相电压 5 2负载星形联结的三相电路 5 3负载三角形联结的三相电路 5 4三相功率 5 1三相电压 一 对称三相电压 1 特征 3 相量图 2 相量表示 显然 对称三相电压的瞬时值或相量之和为0 2 三相电源的星形联结 3 三相电源的三角形联结 5 2负载星形联结的三相电路 1 三相负载 三相负载 不对称三相负载 不满足Z1 Z2 Z3如单相负载组成的三相负载 2 负载星形联结的三相电路 Y联结时 对称负载Y联结三相电路的计算 负载对称时 中性线无电流 可省掉中性线 3 结论 1 不对称负载Y联结又未接中性线时 负载相电压不再对称 且负载电阻越大 负载承受的电压越高 2 中线的作用 保证星形联结三相不对称负载的相电压对称 3 照明负载三相不对称 必须采用三相四线制供电方式 且中性线 指干线 内不允许接熔断器或刀闸开关 L1 L2 L3 N A Z1 Z2 Z3 例 一星形负载接于三相四线制电源上 若电源线电压为380V 当A点断开时 U3为220V 5 已知某三相电源的相电压分别为 当t 5S时 则相应线电压之和为 a 380Vb 220Vc 0V 5 3负载三角形联结的三相电路 一 即 UP Ul 线电流不等于相电流 二 对称负载 联结三相电路的计算 三 三相负载的联接原则 负载的额定电压 电源的线电压 负载的额定电压 电源线电压 例1 三个额定电压为220V的单相负载 当用线电压为380V的三相四线制电源供电时应接成 形 a Y或 均可b c Y 例2 三个额定电压为380V的单相负载 当用线电压为380V的三相四线制电源供电时应接成 形 a Y或 均可b c Y c b 5 4三相功率 无论负载为Y或 联结 每相有功功率都应为Pp UpIpcos p 对称负载 联结时 同理 对称负载Y联结时 相电压与相电流的相位差 当负载对称时 P 3UpIpcos p 所以 中性线电流 2 三相负载不对称 R1 5 R2 10 R3 20 分别计算各线电流 中性线电流 第6章磁路与铁心线圈电路 6 2交流铁心线圈电路 6 3变压器 掌握 理解 6 4电磁铁 6 1磁路及其分析方法 6 3变压器 1 电压变换 2 电流变换 3 阻抗变换 4 变压器的铭牌和技术数据 额定容量SN 传送功率的最大能力 1 额定值 额定容量是视在功率 单位 V A 伏安 例 有一变比为4的降压变压器 如果在次级接上8 的电阻时 则把它折算到一次侧的等效电阻为96 7 1三相异步电动机的构造 第7章交流电动机 7 2三相异步电动机的转动原理 理解 7 3三相异步电动机的电路分析 7 4三相异步电动机转矩与机械特性 理解 7 5三相异步电动机的起动 掌握 理解 7 6三相异步电动机的调速 7 7三相异步电动机的制动 7 8三相异步电动机铭牌数据 7 9三相异步电动机的选择 7 11单相异步电动机 7 10同步电动机 略 7 2三相异步电动机的转动原理 7 2 1旋转磁场 1 旋转磁场的产生 2 旋转磁场的旋转方向 结论 任意对调三根电源进线中的任意两根 则旋转磁场反转 则电动机反转 3 旋转磁场的极对数P 4 旋转磁场的转速 同步转速n0 7 2 2电动机的转动原理 7 2 3转差率 一 含义 旋转磁场的同步转速n0和电动机转子转速n之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率 异步电动机运行中 转子转速亦可由转差率求得 二 转差率s表达式 7 4三相异步电动机转矩与机械特性 7 4 1转矩公式 由公式可知 1 T与定子每相绕组电压成正比 U12 T 2 当电源电压U1一定时 T是s的函数 3 R2的大小对T有影响 绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 从而改变转距 7 4 2机械特性曲线 根据转矩公式 得特性曲线 电动机在额定负载时的转矩 1 额定转矩TN 三个重要转矩 额定转矩 N m 2 最大转矩Tmax 电机带动最大负载的能力 当U1一定时 Tmax为定值 过载系数 能力 临界转差率 3 起动转矩Tst 电动机起动时的转矩 起动时n 0时 s 1 2 Tst与R2有关 适当使R2 Tst 对绕线式型电机改变转子附加电阻R 2 可使Tst Tmax Tst体现了电动机带载起动的能力 若Tst T2电机能起动 否则不能起动 起动能力 7 5 1起动性能 7 5三相异步电动机的起动 7 5 2起动方法 1 直接起动二 三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动 适用于笼型电动机 3 转子串电阻起动 适用于绕线型电动机 以下介绍降压起动和转子串电阻起动 1 降压起动 1 Y 换接起动 降压起动时的电流为直接起动时的 设 电机每相阻抗为 a 仅适用于正常运行为三角形联结的电机 Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合 Y 换接起动应注意的问题 正常运行 5 功率与效率 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2 它不等于从电源吸取的电功率P1 7 8三相异步电动机铭牌数据 额定功率 额定电压 定子线电压 额定功率因数 额定效率 额定电流 定子线电流 例2 已知某三相异步电动机的额定功率为2 2kw 额定线电压为380V 星形联结 额定转速1420r min 在额定负载下运行时 其 设电源频率为50Hz 试计算 1 相电流和线电流的额定值及额定负载时的转矩 2 额定转差率 1 线电流的额定值 相电流的额定值 额定转矩 2 因为 1420r min 故同步转速为 1500r min 额定转差率 例3 一台三相异步电动机的额定技术数据如下 电源频率50HZ 求额定状态下的转差率SN 电流IN和转矩TN以及起动电流IST 起动转矩TST和最大转矩TMAX 解 因nN 1440r min 故n0 1500r min 例 某四极 p 2 三相异步电动机的额定功率为30kW 额定线电压为380V 三角形联结 频率为50Hz 在额定负载下运行时 其转差率为0 02 效率为90 线电流为57 5A 试求 1 额定转矩 2 电动机的功率因数 第14章二极管和晶体管P5 14 3半导体二极管 理解 14 4稳压二极管 了解 14 5半导体三极管 掌握 理解 14 2PN结 理解 14 1半导体的导电特性 理解 14 6光电器件 14 1半导体的导电特性 1 本征半导体的载流子 自由电子和空穴 14 1 1本征半导体P4 2 载流子产生的原因 本征激发 温度愈高 载流子的数目愈多 14 1 2N型半导体和P型半导体P6 1 在N型半导体中 自由电子是多数载流子 掺杂 空穴是少数载流子 本征激发 2 在P型半导体中 空穴是多数载流子 掺杂 自由电子是少数载流子 本征激发 无论N型或P型半导体都是中性的 对外不显电性 14 2PN结P8 14 2 2PN结的单向导电性 14 2 1PN结的形成 1 PN结加正向电压时 PN结变窄 正向电流较大 正向电阻较小 PN结处于导通状态 2 PN结加反向电压时 PN结变宽 反向电流较小 反向电阻较大 PN结处于截止状态 14 3半导体二极管P9 二极管的单向导电性 二极管加正向电压 正向偏置 二极管处于导通状态 二极管加反向电压 反向偏置 二极管处于截止状态 14 3 2伏安特性P10 硅管0 5V锗管0 1V 反向击穿电压U BR 导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿 失去单向导电性 正向特性 反向特性 特点 非线性 硅0 6 0 8V锗0 2 0 3V 死区电压 反向电流在一定电压范围内保持常数 二极管电路分析 定性分析 判断二极管的工作状态 导通截止 分析方法 将二极管断开 分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负 若V阳 V阴或UD为正 正向偏置 二极管导通若V阳 V阴或UD为负 反向偏置 二极管截止 二极管不论是否理想 反向截止时二极管可看作开路 若二极管是非理想的 则需考虑正向管压降 硅0 6 0 7V锗0 2 0 3V 若二极管是理想的 正向导通时正向管压降为零 二极管可看作短路 定量分析 判断二极管的两端压降 二极管可看作电动势为正向导通管压降的恒压源 二极管电路分析 电路如图 求 UAB V阳 6VV阴 12VV阳 V阴二极管导通若忽略管压降 二极管可看作短路 UAB 6V否则 UAB低于 6V一个管压降 为 6 3 或 6 7V 例1 取B点作参考点 断开二极管 分析二极管阳极和阴极的电位 在这里 二极管起钳位作用 DC导通 DA DB截止 9V R DA DC 3V Y DB 3V 0V 例2 图中三管的工作状态 已知 二极管是理想的 试画出uo波形 例4 6V ui 6V 二极管截止 可看作开路uo 6Vui 6V 二极管导通 可看作短路uo ui 二极管阳极电位为6V 二极管阴极电位为ui 例6 试求下列几种情况下VY及元件 R D1 D2 中的电流 假定二极管是理想的 1 VA 10V VB 0V 2 VA 6V VB 5 8V 3 VA VB 5V V1阳 0V V2阳 10V V1阴 V2阴 0V UD1 0V UD2 10V UD2 UD1 D2优先导通 假定D1截止 二极管是理想的 D2可看作短路 D1可看作开路 解 1 VA 10V VB 0V 验证了D1处于截止状态 2 VA 6V VB 5 8V V1阳 5 8V V2阳 6V V1阴 V2阴 0V UD1 5 8V UD2 6V UD2 UD1 D2优先导通 假定D1截止 二极管是理想的 D2可看作短路 假定D1可看作开路 则此时VY为 同时 V1阳 5 8V V1阴 VY 5 4V UD1 0 4V 0 故D1也导通 二极管是理想的 D1也可看作短路 此时 对VY求解可通过两个结点之间的结点电压公式 验证D1是否处于截止状态 3 VA VB 5V V1阳 V2阳 5V V1阴 V2阴 0V UD1 UD2 5V D1 D2同时导通 二极管是理想的 D1 D2均看作短路 此时 对VY求解可通过两个结点之间的结点电压公式 P28 2914 3 2 14 3 4 14 3 5 14 5半导体三极管P15 晶体管的结构示意图和表示符号 a NPN型晶体管 b PNP型晶体管 14 5 1基本结构 2 三极管放大的外部条件 发射结正偏 集电结反偏 1 三极管放大的内部条件P18 发射区 掺杂浓度最高 基区 最薄 掺杂浓度最低集电区 面积最大 14 5 2放大原理 晶体管放大时 三个电极的电位关系及电流流向 P19 a NPN型晶体管 b PNP型晶体管 放大 VC VB VE 放大 VC VB VE 1 输入特性 特点 非线性 正常工作时发射结电压 NPN型硅管UBE 0 6 0 7VPNP型锗管UBE 0 2 0 3V 3DG100晶体管的输入特性曲线 死区电压 硅管0 5V 锗管0 1V 14 5 3特性曲线P20 2 输出特性 晶体管有三种工作状态 因而输出特性曲线分为三个工作区 1 放大区 线性区 特点 发射结处于正向偏置 集电结处于反向偏置 2 截止区 特点 发射结处于反向偏置 集电结处于反向偏置 3 饱和区 特点 发射结处于正向偏置 集电结处于正向偏置 IC IB IC 0 IC IB UCES 0V 4 集电极最大允许电流ICM 5 集 射极反向击穿电压U BR CEO 集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降 当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM 当集 射极之间的电压UCE超过一定的数值时 三极管就会被击穿 手册上给出的数值是25 C 基极开路时的击穿电压U BR CEO 6 集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温升 消耗功率过大 温升过高会烧坏三极管 PC PCM ICUCE 硅管允许结温约为150 C 锗管约为70 90 C 例1 晶体管具有放大作用的外部条件为发射结 集电结 例2 晶体管结构特点为发射区掺杂浓度很 基区很 掺杂浓度很 例3 晶体管输出特性分三个区域 分别为区 区和区 例4 测量某硅晶体管各电极对地的电压值为 VC 6V VB 2V VE 1 3V 则管子工作在 区域 a 放大区b 饱和区c 截止区 a 高 薄 低 NPN硅管 例5 测量某晶体管放大时各电极对地的电压值为 6V 2V 2 3V则管子类型 PNP硅管 判断晶体管的工作状态的一般步骤 1 首先判断晶体管发射结的偏置情况 若发射结反偏 则晶体管处于截止状态 若发射结正偏 则晶体管处于放大或饱和状态 2 若发射结正偏 判断晶体管放大或饱和状态 根据输入回路求基极电流IB 得 IB 再根据输出回路求晶体管刚饱和时的集电极电流ICS 若刚饱和时的集电极电流ICS IB 则晶体管饱和 若刚饱和时的集电极电流ICS IB 则晶体管放大 例 如果改变晶体管基极电压的极性 使发射结由正偏导通改为反向偏置 则集电极电流 近似为零 D 8V R uo ui D 8V R uo ui a b 12V u0 V 15V 0 15V 在如图所示的电路中 ui 15sinwtV 电路如图 a 示 其输入电压ui1和ui2的波形如图 b 所示 二极管正向导通电压UD 0 7V 试画出输出电压uO的波形 并标出幅值 D1 6k D2 6V 2V D2导通 D1截止 图6 9V R DA DC A Y DB 图6 B C 第15章基本放大电路P32 15 1共发射极放大电路的组成 理解 15 2放大电路的静态分析 掌握 理解 15 4静态工作点的稳定 掌握 理解 15 6射极输出器 会分析 15 8互补对称功率放大电路 15 9场效应管及其放大电路 15 3放大电路的动态分析 掌握 理解 15 5放大电路中的频率特性 15 7差分放大电路 了解 15 1基本放大电路的组成P32 1 无输入信号电压时 三极管各电极都是恒定的 电压和电流 IB UBE和IC UCE 一 共发射极放大电路 2 加上输入信号电压 各电极电流和电压 都在直流量的基础上叠加了一个交流量 2 直流通路和交流通路 1 直流通路 无信号时电流 直流电流 的通路 用来计算静态工作点 直流通路 对直流信号电容C可看作开路 即将电容断开 断开 断开 直流通路用来计算静态工作点Q IB IC UCE 交流通路 有信号时交流分量 变化量 的通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 XC 0 C可看作短路 忽略电源的内阻 电源的端电压恒定 直流电源对交流可看作短路 交流通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 短路 短路 对地短路 15 2放大电路的静态分析P35 15 2 1用估算法确定静态值 1 直流通路估算IB 根据电流放大作用 2 由直流通路估算UCE IC 当UBE UCC时 由KVL UCC IBRB UBE 由KVL UCC ICRC UCE 所以UCE UCC ICRC 15 3放大电路的动态分析P38 ib 晶体三极管 微变等效电路 1 晶体管的微变等效电路 晶体管的B E之间可用rbe等效代替 晶体管的C E之间可用一受控电流源ic ib等效代替 分析时假设输入为正弦交流 所以等效电路中的电压与电流可用相量表示 微变等效电路 2 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路 3 电压放大倍数的计算P41 当放大电路输出端开路 未接RL 时 因rbe与IE有关 故放大倍数与静态IE有关 负载电阻愈小 放大倍数愈小 式中的负号表示输出电压的相位与输入相反 例1 3 电压放大倍数的计算 例2 由例1 例2可知 当电路不同时 计算电压放大倍数Au的公式也不同 要根据微变等效电路找出ui与ib的关系 uo与ic的关系 4 放大电路输入电阻的计算P42 定义 例1 5 放大电路输出电阻的计算P43 定义 共射极放大电路特点 1 放大倍数高 2 输入电阻低 3 输出电阻高 例1 求ro的步骤 1 断开负载RL 3 外加电压 4 求 外加 2 令或 例1 已知UCC 12V RC 4k RB 300k RL 4k 37 5 试求 1 静态值 2 电压放大倍数 输入电阻及输出电阻 解 例5 有一放大电路 测得其输出端开路电压的有效值UOC 4V 当接上负载电阻RL 6K 输出电压下降为UOL 3V 试求该放大电路的输出电阻 输出端开路时 输出端接负载时 上两式相除得 在本例中 例2 如图示 VCC 12V RC 2K RE 2K RB 300K 50 电路有两个输出端 试求AU1 AU2 r01 r02 解 在图示的固定偏置放大电路中 晶体管的 20 当负载变化时 要求 试计算 及 3 非线性失真 如果Q设置不合适或者信号过大 晶体管进入截止区或饱和区工作 将造成非线性失真 若Q设置过高 晶体管进入饱和区工作 造成饱和失真 措施 适当减小静态基极电流IB 即增大基极电阻RB 可消除饱和失真 若Q设置过低 晶体管进入截止区工作 造成截止失真 措施 适当增加静态基极电流 即减小基极电阻RB 可消除截止失真 如果Q设置合适 信号幅值过大也可产生失真 减小信号幅值可消除失真 3 非线性失真 正常工作时应将静态工作点Q选在交流负载线的中点 例 电路如图示 设晶体管工作在放大状态 欲使静态电流减小 则应 a 保持 一定 减小 b 保持 一定 增大 c 保持 一定 增大 b 例 若RB过小 将使三极管的工作状态处于 饱和 例5 有一放大电路如图1 Au 50 uo ui 图1和图2中所有电阻均为3K 求图2中的Au uo ui和Aus uo es 图1 图2 图2 例2 已知下图中晶体管 60 rbe 1 8k 其它数据已标在图中 试求 1 该电路的电压放大倍数和输入 输出电阻 2 若除去旁路电容CE 则此时电路的电压放大倍数又变为多少 解 R E R E 15 4静态工作点的稳定P48 15 4 1温度变化对静态工作点的影响 15 4 2分压式偏置电路 1 稳定Q点的原理 VB 在估算时一般选取 I2 5 10 IB VB 5 10 UBE RB1 RB2的阻值一般为几十千欧 2 静态工作点的计算 估算法 VB 3 动态分析 旁路电容 1 含有旁路电容 去掉CE后的微变等效电路 2 不含有旁路电容 15 6射极输出器P55 15 6 2动态分析 1 电压放大倍数 电压放大倍数Au 1且输入输出同相 输出电压跟随输入电压 故称电压跟随器 微变等效电路 15 7差分放大电路P62 1 差分放大电路 共模信号 差模信号 大小相等 极性相同 大小相等 极性相反 第16章集成运算放大器P91 16 1集成运算放大器的简单介绍 16 2运算放大器在信号运算方面的应用 16 4运算放大器在波形产生方面的应用 16 6使用运算放大器应注意的几个问题 16 5运算放大器在信号测量方面的应用 16 3运算放大器在信号处理方面的应用 16 1集成运算放大器的简单介绍P91 16 1 4理想运算放大器及其分析依据P95 1 开环电压放大倍数 2 开环输入电阻 3 开环输出电阻 1 运算放大器理想化的主要条件 理想运算放大器图形符号 4 共模抑制比 16 1 4理想运算放大器及其分析依据 1 线性区 uo Auo u u 2 非线性区 2 电压传输特性uo f ui 线性区 理想特性 实际特性 饱和区 O 1 u u 称 虚短 2 i i 0 称 虚断 1 输出只有两种可能 2 i i 0 仍存在 虚断 现象 u u 时 uo Uo sat u u 时 uo Uo sat 不存在 虚短 现象 16 2运算放大器在信号运算方面的运用 1 反相比例运算P97 1 电路组成 2 电压放大倍数 因虚短 所以u u 0 因虚断 i i 0 所以i1 if 2 同相比例运算P98 因虚断 所以u ui 1 电路组成 2 电压放大倍数 因虚短 所以u ui 当R1 或RF 0时 uo ui Auf 1 3 电压跟随器 例1 下图中 已知 求输出电压 例1 若R1 R2 R3 RF 求解输出u0 分析方法1 由虚断可得 由虚短可得 若R1 R2 R3 RF 16 2 2加法运算电路 1 反相加法运算电路 平衡电阻 R2 Ri1 Ri2 RF 方法2 根据叠加原理ui1单独作用 ui2 0 时 同理 ui2单独作用时 2 同相加法运算电路 方法1 根据叠加原理ui1单独作用 ui2 0 时 同理 ui2单独作用时 分析方法2 利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加 u 若R1 R2 R3 RF 例1 求图中uO与ui的关系 A1 A2 A1 反相比例运算电路 uo1 uo2 A2 反相比例运算电路 故得 解 ui1 ui3 ui2 uo1 uo 例2 求图中uO与各输入电压的关系 A1 A2 A1 反相比例运算电路 A2 反相加法运算电路 解 P119 12016 2 6 16 2 8 16 2 9 16 2 4积分运算电路 由虚短及虚断性质可得i1 i