15、电工电子基础知识(常大鹏)100323.ppt

,服务部技术室2010年3月,电工电子基础知识培训,目录,1、电、电阻、电感、电容、直流电、交流电、晶体管等的形成、物理量描述及运用；2、冰箱电路中各电器件实物认识；,1、电,1.1电的形成 电是物质的一种属性。按原子学的观点，自然界的物质是由原子构成的，原子又是由具有引力的原子核和核外高速运转的电子所组成。原子核又是由质子组成，质子与电子的数量相等。 如果由于某种原因（例如摩擦）使物体得到或失去电子，这一物体将对外显示出电的性质。得到电子的物体显示负电性；失去电子的物体则显示正电性。这就是我们所说的“电”。 人们通常用光电效应、热电效应、电磁感应等方法，可获得较多的电能。,1.2 电流（物理量之一）电荷移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。即：单位时间（秒）内通过导体截面的电荷量。电流方向规定：从电的形成可以看出，导体中的电流实际上是电子在移动，但早期人们在研究电时误认为是正电荷在移动，并确定正电荷的方向为电流方向 ，故电流方向与电子流方向是刚好相反的。电流强度用 I表示，单位为A（安培），换算关系：1A=1000毫安（mA）=1000000微安（uA）直流电：电子定向移动，形成的电流叫直流电，其大小和方向不随时间变化。交流电：电子移动的方向是多变的，其大小和方向随时间变化而变化。,1.3 电位、电压（物理量之二） 电荷在电场中某一点所具有的势能称为带电体电位，电位就像水有水位一样也有高低之别，具有一定的位能。在数值上等于单位正电荷从电场中的某点移到参考点电场力所做的功。 水要有水位差才能流动。与此相似，要使电荷做有规则地移动，必须在电路两端有一个电位差，其差值，称为电压，用符号U表示。电压以伏(特)为单位，简称伏，常用字母v表示。 常用的单位的KV、V、mV、uV。其换算关系式为：1V=1000 mV= 1000000uV。,1.4 电功率（物理量之三）电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率电功率、电压、电流的关系： 其单位为：瓦（W）。常用的单位的KW、W、mW。,1.5 交流电： 交流电的形成：线圈切割磁力线，在线圈中产生感生电压和电流：从下图可以看出，产生的交流的方向和大小是正负变化的（0度、90度、180度、270度）,由上图分析：交流电，是方向和大小随时间按正弦规律做周期性变化的电流。下面是A、B、C三相交流电形成示意图及星形输出连接：U、V、W、为三相输出，N为中线，在发电机组端并入大地。,周期T：正弦量完整变化一周所需要的时间；频率f：正弦量在单位时间内变化的周数；我国交流电频率采用50Hz角频率：正弦量单位时间内变化的弧度数；角频率与周期及频率的关系： 相电压：220V，有效值；火线与零线的电压；线电压：380V，有效值，火线与火线的电压。纯电阻电路，交流电流、电功率可以直接计算，,交流电的物理量：,1.6 电阻（电路元件之一） 电流在导体内流动时所受到的阻力，叫电阻。电阻用字母R表示。电阻的单位是欧姆，简称欧，单位符号用来表示。常用单位有：兆欧、千欧、欧。单位之间的关系如下： 1兆欧=1000千欧； 电阻器属于耗能元件，电阻器中通过不同电流，其热功损失也不一样，因此，描述电阻器的另外一个参数是功率。通常用的电阻器功率有：1/8瓦、1/4瓦、1/2瓦、1瓦、2瓦。 利用电阻的特性制造的器件，称电阻器，按其不同的导电特性和用途，可分为普通电阻器、电位器、保护电阻器、压敏电阻器、温度电阻（感温头）器、湿度电阻器。 电阻、电压、电流、电功率的关系：U=IR(欧姆定律),基尔霍夫电流定律：,电路中通过同一电流的每个分支称为支路。3条或3条以上支路的连接点称为节点。电路中任一闭合的路径称为回路。在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。,例：列出下图中各节点的KCL方程,解：取流入为正,节点a i1i4i60,节点b i2i4i50,节点c i3i5i60,以上三式相加： i1 i2i3 0,基尔霍夫电压定律：,在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。,电阻在冰箱实际电路中运用,三个感温头回路： 5V电源正极、R118、冷藏室传感器、负极，检测电压由R126输出给电脑； 5V电源正极、R119、冷冻室传感器、负极，检测电压由R127输出给电脑； 5V电源正极、R120、变温室传感器、负极，检测电压由R128输出给电脑；,1.7 电感（电路元件之二）和感抗,用导体绕制的线圈，当电流流过这个线圈时，线圈周围就有磁场产生。当流过线圈中的电流变化时，将在线圈中产生自感电动势。这种现象，我们称之为电感。 常用的单位有：享（H）、毫享（mH）、微享（uH）；换算关系式为： 1H=1000 mH =1000000 uH 当线圈接在交流电路中时，由于电流是变化的，将在线圈中产生自感电动势，以反抗电流的变化，电感线圈的这种阻力称为电感电抗，简称感抗。 电感、感抗、频率之间的关系: 上述关系式可以看出这个结论：频率越高，感抗越大，电感量越大，感抗越大。简捷一句话，阻交通直。通常将电感串在交流电路中，起到滤除大型脉动冲击电流。,1.8 电容（电路元件之三）,在两片金属导体中间用绝缘体隔开，就组成一个电容器，金属板称为极板，中间绝缘体,叫介质。 电容器具有在短时间内储存电能的特性。例如，在电容器的两个极板间接入直流电源后，电源两极上的正负电荷将分别向电容器的两个极板上移动，绝缘材料隔开，电荷不能通过，所以电荷就在板间上积存起来。实验证明，电容器极板上积存的电量q，与极板间所加电压成正比。也就是说，电容器极板上积存的电量q与极板间的电压U的比值是一个常量。这个比例常数，叫做电容器的电容量，简称为电容，用符号C表示。 电容器的容量，跟极板正对面积成正比，跟极间距离成反比，中间绝缘材料的性质也有关系。 电容的单位是法拉，简称法，用符号F表示。实际上常用的电容器的电容量要比l法小得多，故通常用微法(uF)或皮法(pF)作为电容量的单位，它们的换算关系是： l法(F)=l000000微法(uF) l微法(uF)=l000000皮法(pF),电容的充电过程,如图所示，电容器接直流电源。当S合到1以后，可以看到微安表的读数由最大值逐渐减小至零，而电压表的读数则由零逐渐增大，直至等于电源电压，这就是电容器的充电过程。 怎样解释这一现象呢？ 这是因为在开关S刚闭合时，电容器两电极(图中A、B)间是没有电位差的，所以这时电压表的读数为零。由于电极是用金属板做成的，当电极A与电源正极接通时，它上面的自由电子就要向电源正极移动，而电源负极上多余的自由电子则要移动到电极B上去，这相当于有正电荷从电极B经过电源向电极A流动，这就是电流表出现读数的原因。 随着电荷流动，在电容器的两个电极上就逐渐积累起等量的正、负电荷，并产生了一定的电位差，两个电极上的电荷积聚得越多，电位差也就越大，所以电压表的读数从零开始慢慢增大。当电容器两电极间电位差越接近于电源电压时，电路中的电流就越小。当两极间电位差与电源电压相等时，电荷不再移动，电流也就为零。 综上所述，在电源的作用下，电容器两极板上贮存大小相等、方向相反的电荷的过程，叫做电容器的充电。,电容的放电过程,如图所示的电路中，将开关K由触点l扳到触点2的位置上，可以看到，在扳动的瞬间，电流表的指针突然从零摆到与充电时方向相反的位置，然后逐渐下降重新到零。而电压表的指针则从读数等于电源电压的位置慢慢的回到零点。这是因为充电后的电容器的两个电极(A、B)存在着电位差，当K由1扳到2时。高电位A板上的正电荷要经过电流表和电阻R向低电位的B板流动（实际上B板上的自由电子向A极流动），于是两极上符号相反的电荷就逐渐中和，两极间电位差逐渐降低，直到两极电荷完全中和，电位差等于零时为止。这一过程就称为电容器的放电。 从充放电的过程可以看出，电容两端加上直流电，电路中的电流是不连续的。只有加上正负变化的交流电，电路中才会有持续的电流流动。即：电容的阻直通交的功能。冰箱缩机上启动电容，就是利用电容具有充电原理。,容抗,在纯电容电路中，电容器象电阻器一样，对交变电流也具有的一定阻力，称为电容电抗，简称容抗，用符号xc表示。 容抗、电容量、频率之间的关系： 由上式可看出：交流电的频率越高，电容器对其阻力越小，直流电的频率为零，电容器对其阻力就无限大，故电容在直流电路中视为断路。电容的容量越大，电容对其阻力越小。,1.9 晶体管（电路元件之四）,硅原子示意图：因其价电子排列相有规律整齐，把这种结构的物质叫做晶体。具有这种排列的物质较多，如锗。它们的导电性能低下，又叫半导体。通过对硅晶体中掺入5价磷或3价硼杂质，将其很大程度上改变了硅晶体的导电性。掺入5价磷杂质后形成N型半导，N形半导体多电子，呈负电性；掺入3价硼杂质后形成P型半导体。P形半导体少电子，呈正电性。,PN结：,当把呈正电性的P形半导体与呈负电性的N形半导体放在一起的时候，它们的正负电荷要相互扩散和中和（实际上是N形半导体中电子单方面向P形半导体运动，这种运动方向的趋势，叫内电场），最后在它们的交接面形成一种平衡的动态区域，这个区域，我们叫做PN结。 PN结的单向导电性： 当给PN按如下方向加电压时(P加正，N加负)，电源中的电子不断向PN结N形面扩散，从而破坏了PN结动态平衡，使其稳定的N形面的电子不断的向P形面移动，同时，电源中的正电荷不断向PN结P形面扩散，从而破坏了PN结P形面的动态平衡，使其稳定的P形的正电荷向N形面移动；最后，PN结不再稳定，电路中形成了其方向为P流向N持续的电流。 如果改变电源的方向，电子与正电荷相互中和，PN结会越来越厚，电路中的电流越来越小，最后电路中没有电流。因此，证明PN结具有单向导电性。,二极管,一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。二极管按用途分：整流二极管、检波二极管、变容二极管、稳压二极管等。 整流二极管的参数主要有：电流和反向压降；稳压二极管的参数主要有：反向压降，反向压降为稳压值。 整流电路：图1为半波整流，图二为桥式整流。,电容、电感在滤波电路中的运用,电容滤波：电路的输出电压在负载变化时波动较大，它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合 电感滤波：电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。 LC、CLC型滤波： 电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。,整流电流在冰箱上的运用,电路中：V1、V2、V3、V4组成桥式整流，输出的电压经C3、C2滤波后送给12V三端稳压，输出稳定的12V。,三极管,两个PN结组成，合并成一个半导体，分三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN型和PNP型。如下图：,三极管的放大作用,（1）产生放大作用的条件 内部：a）发射区杂质浓度基区集电区 b）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏（2）三极管内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流 iE b）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流 iC （3）电流分配关系： iE = iC + iB 实验表明IC比IB大数十至数百倍。IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。,三极管的参数,1、电流放大系数：iC= * iB2、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ ）iCBO3、极限参数 （1）集电极最大允许电流 ICM：下降到额定值的2/3时所允许的最大集电极电流。 （2）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。 （3）集电极最大允许功耗PCM 。4、典型的共射级放大电路：,三极管在冰箱电路中的实际运用,电路中，V102为压缩机继电器驱动放大三极管，R102给V102提供控制信号，当控制信号为大于0.7V时，三极处于放大状态，继电器线圈加电工作，继电器触点接通，压缩机工作。当温度达到时， R102输出电压为0， V102截止，继电器失电，继电器触点断开，压机停机。,2、元器件实物2.1 电阻器,色环电阻使用比较广泛，顔色秩序为： 第1、2位为有效数，第3位为加零数 ， 第4位为误差。,此电阻功率为1/8瓦阻值为4.7K，提供直流偏压,此电阻功率为1瓦阻值为33欧，与电容配合形成吸收高频干扰,此电阻功率为2瓦阻值为5.1K，在电路中起限流作用,2.2 电容器,电容按介质分为：电解电容、瓷片电容、独石电容、云母电容、纸介电容等；描述电容的主要参数有电压和容量。电解电容有正、 负极性区分，主要用于直流电路中，起到阻直通交、旁路、滤波等作用，多用于低频电路；其它的电容为无极性 ，广泛 运用于高频电路。,耐压为35V容量为2200uF的电解电容，在电路中主要用于12V滤波。,耐压为63V容量为100000pF瓷片电容，在电路中主要用于滤除高频干扰信号。,2.3