电气自动化专业英语翻译

1、 PAGE 106第一部分：电子技术第一章电子测量仪表 电子技术人员使用许多不同类型的测量仪器。一些工作需要精确测量面另一些工作只需粗略估计。有些仪器被使用仅仅是确定线路是否完整。最常用的测量测试仪表有：电压测试仪，电压表，欧姆表，连续性测试仪，兆欧表，瓦特表还有瓦特小时表。 所有测量电值的表基本上都是电流表。他们测量或是比较通过他们的电流值。这些仪表可以被校准并且设计了不同的量程，以便读出期望的数值。11安全预防 仪表的正确连接对于使用者的安全预防和仪表的正确维护是非常重要的。仪表的结构和操作的基本知识能帮助使用者按安全工作程序来对他们正确连接和维护。许多仪表被设计的只能用于直流或只能用于交

2、流，而其它的则可交替使用。注意：每种仪表只能用来测量符合设计要求的电流类型。如果用在不正确的电流类型中可能对仪表有危险并且可能对使用者引起伤害。 许多仪表被设计成只能测量很低的数值，还有些能测量非常大的数值。警告：仪表不允许超过它的额定最大值。不允许被测的实际数值超过仪表最大允许值的要求再强调也不过分。超过最大值对指针有伤害，有害于正确校准，并且在某种情况下能引起仪表爆炸造成对作用者的伤害。许多仪表装备了过载保护。然而，通常情况下电流大于仪表设计的限定仍然是危险的。12基本仪表的结构和操作许多仪表是根据电磁相互作用的原理动作的。这种相互作用是通过流过导体的电流引起的（导体放置在永久磁铁的磁极之

3、间）。这种类型的仪表专门适合于直流电。不管什么时候电流流过导体，磁力总会围绕导体形成。磁力是由在永久磁铁力的作用下起反应的电流引起。这就引起指针的移动。导体可以制成线圈，放置在永久磁铁磁极之间的枢钮（pivot中心）上。线圈通过两个螺旋型弹簧连在仪器的端子上。这些弹簧提供了与偏差成正比的恢复力。当没有电流通过时，弹簧使指针回复到零。表的量程被设计来指明被测量的电流值。线圈的移动（或者是指针的偏移）与线圈的电流值成正比。如果必须要测量一个大于线圈能安全负载的电流，仪表要包含旁路或者分流器。分流器被容纳在仪表盒内或者连接到外部。例子一个仪表被设计成最大量程是10A。线圈能安全负载0。001A，那分

4、流器必须被设计成能负载9。999A。当时。001A流过线圈时指针指示10A。图1。1（A）说明了一个永久磁铁类型仪表。图1。1（B）显示了一个外部分流器连接到仪表端子上。永久磁铁类型仪表可以被用作安培表或者电压表。当量程被设计成指示电流并且内阻保持最小时，这个表可以作为安培表用。当量程被设计成指示电压，内阻相对高一些时，这个表可以用来测量电压值。注意：不管如何设计，指针移动的距离取决于线圈的电流值。为了让这类表用在交流电中，在设计时必须作微小的改动。整流器可以把交流变成直流电。整流器合并进仪表中并且量程要指示出正确的交流电压值。整流器类型的仪表不能用于直流电中并且它一般被设计成电压表。如图1。

5、2，电测力计是另一种能用于交流电的既能作安培表也能作电压表的仪器。它由两个固定线圈和一个移动线圈构成。这三个线圈通过两个螺旋型弹簧串联在一起。这个弹簧支撑住移动线圈。当电流流行性过线圈时移动线圈顺时针方向移动。电测力计因为属永久磁铁型仪表，量程不是均匀分布的。作用在动线圈上的力根据流过该线圈的电流平方来变化。有必要在量程开始比量程结束分割的密一点。分割点之间距离越大，仪表的读数越精确。争取精确的读值是重要的。移动叶片结构是仪表的另一种类型。电流流过线圈引起两个铁片（叶片）磁化。一个叶片是可动的，另一个是固定的。在两个叶片间的磁的作用引起可动叶片扭转。移动的数值取决于线圈的电流值。警告：所有描述

6、的取决于磁力作用的仪器，都不要放置在另一个磁性物质附近。它的磁力可能对引起仪表故障或者导致测量值不准确。13测量仪器的使用电压表是设计来测量电路的电压或者通过元器件的压降。电压表必须与被测量的电路或元器件并联。131压力检验计交-直流电压检验计是一种相当粗糙但对电工来说很有用的仪器。这种仪器指示电压的近似值。更常见类型指示的电压值如下：AC，110，220，440，550V，DC，125，250，600V。许多这种仪器也指示直流电的极性。那就是说(i.e=that is)电路中的导体是阳性（正）的还是阴性（负）。电压检验计通常用来检验公共电压，识别接地导体，检查被炸毁的保险丝，区分AC和DC。

7、电压检验计很小很坚固，比一般的电压表容易携带和保存。图1。31。4描述了用电压检验计检查保险丝的用法。为了确定电路或系统中的导体接地，把测试仪连接在导体和已建立的地之间。如果测试仪指示了一个电压值，导体没有接地。对每一个导体重复这个步骤直到零电压出现（见图1。5）。为了确定任意两个导体间的近似电压值，把测试仪连接在导体之间。警告：要认真读并遵守电压检验计提供的说明书。132电压表电压表比电压检验计测量更精确。因为电压表与被测量的电路或元件并联，必须有相对高一点的电阻。内阻要保证通过仪表的电流最小。流过仪表的电流越小，对电路特性的影响越小。仪表的灵敏度用符号O/V表示。这个数值越高仪表的质量越好

8、。高灵敏度可使电路特性的改变减到最小。电工使用的仪表精确度在95%到98%之间。这个精确度范围对大多数应用是满意的。然而，电力工作者力求最精确的可能读数是重要的。一个精确读数可以在仪表盘上显示也可以直接读出来。如果在指针后面有镜子，调整视线的角度直到指针在镜子中看不到映象。如要更精确可以使用数字表。电压表有与电压检验计同样的应用。电压表比电压检验计更精确。因而，也支持更多的应用。例如，如果一个建筑物的供电电压低于正常值，电压表能指示出这个问题。电压表也用来确定馈电线和支线电路导体的压降值。电压表有时有不只一个量程。选择一个能更精确测量的量程很重要。选择器开关范围达到这个目的。注意：开始用一个适

9、当的高一点的量程，然后逐渐降低到在限定范围之内的最低量程。设定选择器开关在可用的最低量程上能使读数达到最精确。使用仪表之前，要检查仪表确保指针指在零上。在仪表盘下面有一个调整螺钉。一个轻微的扭动就能使指针偏移。扭转调整螺钉使指针对准零线。当在DC中使用电压表时，保持正确的极性是很重要的。大多数的直流电源和仪表都用颜色标记极性。红色指示阳极，黑色指示阴极。如果电路和元件的极性未知，触一下端子的导线观察指针。如果指针犹豫着试图摆动，仪表导线连接就要颠倒一下。警告：不要让仪表连接反的极性。133安培表 安培表是用来测量电路或部分电路的电流数量的。他与被测电路元件串联连接。仪表的电阻必须非常低这样不会

10、影响流过电路的电流。当测量很灵敏的设备的电流，安培表电流的轻微改变可能会引起设备的故障。安培表象电压表一样，也有一个调零的调整螺钉。许多仪表也有镜子帮助使用者保证读数精确。安培表常用来找出过载或者开路。他们也用来平衡线路的负荷和确定故障位置。安培表总是与被测电路或元件串联连接。如果使用在DC下要检查极性。图1。6（A）显示了安培表测量电路的电流。图1。6（B）显示的是AC安培表。1.3.3 欧姆表欧姆表用来测量电阻，它内装电池提供操作时需要的动力。警告：在接上欧姆表之前，必须确认电路或部件没有与常规电源相连接。将欧姆表与一个没有断开电源的电路相连可能回损坏仪表甚至导致使用者受伤。欧姆表的刻度的

11、读取方向与其它仪表相反，当仪表电流开路时，指针应当指向无穷大。可以通过调整旋纽使指针与无穷大标志对准。多数欧姆表有数个量程，量程选择开关应当置于最能为精确测量的位置（刻度）。量程一般为：r*1、r*10、r*100、r*1000。如果选择开关置于r*1，表盘显示的值即为测量值；如果选择开关置于r*100，表盘显示的值必须乘以100。1.3.3 兆欧表兆欧表，一般认为是由其商品名MEGGER而得名，是一种测量极高电阻的仪器。例如，用来测量电路导体或马达绕组绝缘体的电阻。兆欧表被设计成用来测量兆欧级的电阻；一兆欧等于一百万欧姆。一个称之为磁发电机的小型发电机被包含于兆欧表外壳之内，它为仪表提供动力

12、，就像欧姆表中的电池所起的作用。磁力发电机可以手动发电或由电池以及其它设备提供电源。兆欧表有很多不同电压档，其中最常用的设计工作于以下数值：500V、1000V、和1000V。磁力发电机产生的电压取决于被测电阻的类型和欧姆值。因为兆欧表是设计用于测量极高电阻，它们通常用于绝缘测试。肉眼观测绝缘性能和用欧姆表进行漏电测试不是非常可靠，而兆欧表测试是维修电工们最为可靠的测试方法之一。警告：在兆欧表连接到导体或电路之前，电路必须断电。绝缘测试通常是在导体与地之间进行，所以良好的接地是测试过程中至关重要的一部分。应当用兆欧表和低电阻欧姆表检测以确认接地的良好连通性。绝缘测试应当在安装期间进行，并在以后

13、定期进行。对于额定电压在600V或以下的电路和设备，可以使用1000V磁力发电机。必须对测试进行记录，包括测试日期、时间、温度、湿度和电阻值。由于大气状况会影响绝缘电阻，一段时间内可能会有很多不同的测试值，因为绝缘电阻随着温度、湿度和空气质量的不同而不同。绝缘的共同敌人是湿气、污垢、油污、和化学物质，尽可能地保持设备和导体的清洁和干燥是非常重要的。良好的保养习惯和定期的绝缘测试应该成为制度而不是偶尔为之。兆欧表的快速通常被标注为最小10000欧姆，最大200兆欧。额定工作于600V的导体的绝缘能力应当显示其绝缘电阻在600000欧姆以上。对于马达、发电机、变压器和类似额定工作于1000V或以下

14、的设备，其最小绝缘电阻必须在1兆欧以上。对于工作于额定电压在1000V以上的导线和设备来说，一个不错的计算规则是：将额定电压除以1000即得到了该设备以兆欧为单位的最小绝缘电阻。周期性的绝缘测试应当至少每两个月进行一次，绝缘电阻值随温度和空气状况的不同而不同，但是，1年到18个月的长时期内，绝缘电阻持续下降的趋势意味着存在问题，电路和设备必须接受检查。1.3.7 多用表1.3.8 功率计1.3.9 电度表电能表等于功率和时间的乘积。电表用于测量在某段时间内消耗的功率。对于直流电表，其速度正比于功率，它记录了给予用户的瓦时或千瓦时数。因为很多用户需要大量能源，标准电表被设计成以千瓦时显示。交流电

15、表的工作原理为感应原理。移动磁场产生电流流过铝制圆盘，这种电流称为涡流，它所产生的磁场于运动磁场相互作用，使得圆盘转动。旋转的圆盘驱动一个齿轮链，使指针依次显示（电功值）。电表有四个或5个刻度盘，每个刻度盘有一个指针，标刻有0到9，刻度盘读数从左到右（从右到左），从右到左刻度盘分别显示个位、十位、百位、千位和万位。如图1.11，4位刻度盘显示1238千瓦时。如果指针在两个数之间，总是读取两个数中较小的那个Chap2固体功率器件的基本原理21引言（绪论）本章将集中讨论固态功率器件或功率半导体器件，并且只研究它们在采用相控（电压控制）或频率控制（速度控制）的三相交流鼠笼式感应电机的功率电路中的应用

16、。22固态功率器件有五种用于固体交流电机控制中的功率元器件：（1） 二极管（2） 晶闸管（例如：可控硅整流器SCR）（3） 电子晶体管（4） 门极可关断晶闸管（GTO）（5） 双向可控硅晶闸管SCR和双向可控硅一般用于相位控制（相控）。各种二极管，晶闸管SCR，电子晶体管，门极可关断晶闸管的联合体用于频控。这些器件的共性是：利用硅晶体形成的薄片构成P-N结的各种组合。对二极管，SCR， GTO一般P结叫正极N结叫负极；相应的电子晶体管叫集电极和发射极。这些器件的区别在于导通和关断的方法及电流和电压的容量。让我们根据他们的参数简单看一下这些元器件。221二极管图2。1显示了一个二极管，左边部分显

17、示的是在硅晶体中的一个PN结，右边显示的是二极管的原理图符号。当P相对于N是正时，由于节上有一个相当低的压降，前向电流开始流动。当极性相反时，只有一个极小的反向漏电流流动。这些用图2。2阐明。前向电压通常大约有1V，不受电流额定值的影响。二极管正向导通电流的额定值取决于其尺寸和设计，而这二者是根据器件散热的要求来确定的，以保证器件不超过最大结温（通常为200C）。反向击穿电压是二极管的另一个重要参数。它的值更取决于二极管的内部设计而不是它的物理尺寸。注意：一个二极管只有当加上正向电压时才会正向导通。它没有任何固有（内在的）的方法控制导通的电流和电压值。二极管主要用在交流电路中作整流器，这意味着

18、它们把AC整流成DC，同时产生的直流电流和电压值没有固有的控制方法。单二极管可用额定值到4800A和最大反向电压1200V，2000A最大反向电压4400V。222晶闸管图2。3显示了晶闸管（一般也叫可控硅）的PN结排列和它的原理图符号。注意这不同的结从正到负是PNPN，还有一个门极连到了内部的P层。如果没有连门极，并且阳极加反向电压，从正极到负极就没有电流通过。这是因为内部P结由于未通电而工作在阻断电路。这种情况对于正向阻断状态也是正确的。然而，当阳极是正的并且正信号作用到门上，则电流将从正极一直流向负极即使门极没有正信号。 换言之，门极能打开晶闸管但不能关断它。关断晶闸管的唯一方法是通过外

19、部方式在正极强加上一个零电流。因此在前向导通只能通过强加零电流停止方面，晶闸管与二极管是相似的。然而，晶闸管与二极管在如何启动前向导通方面是不同的。（1）阳极是正（2）门时刻是正。这个特性暗指了术语“可控硅”。图2。4阐明了晶闸管的稳态伏安特性。注意反向电压和反向泄漏电流的形状与二极管的很相似。反向电压导通时比二极管的高，通常有1。4V。阻断状态也有一个极小的前向泄漏电流。在二极管中，稳态电流值是由器件的性能和底座（散热器）散发的热量确定的。晶闸管的最大结温比二极管要低，大约在125C。这意味着在同样的额定电流下，加上1。4V的前向压降，晶闸管比二极管的前向压降大的多。单晶闸管可用额定值在最大

20、反向电压2200V超过2000A，在在最大反向电压4000V超过1400A。223电子晶体管（电子管）图25列出了一个典型功率电子管的结排列，原理符号图和伏安特性。如果集电极为正，除非在基电极和发射极间有电流才有电流从集电极到发射极。与晶闸管比较，只有在基极有电流时，电子管没有从集电极到发射极的自锁电流。基极开路，集电极到发射极将阻断电流。功率电子管与晶闸管在控制前向导通的启动时相似。它与晶闸管不同的地方在于它能控制关断和交流电机频率控制所必需的换向。注意伏安特性没有显示反向特性。一般的，一个反向分流二极管连在发射极和集电极之间，以保护电子管受反向电压伤害。功率电子管的可用额定值是最高反向电压

21、1000V400A。224门极可关断晶闸管GTO图2。6显示了GTO的原理符号。GTO与晶闸管的相似处在于PNPN结的排列和前向电流的操作。如果阳极是正的，导体的启动是通过作用在门上的正脉冲。然而硅片和结是利用特殊特性设计的，所以即使阳极保持正值，加到门上的强负电流作用迫使前向电流阻断。GTO常用的瞬间额定值是PRV1200V2400A。225双向可控硅图2。7显示了双向可控硅的原理符号图。一个双向可控硅由一个特殊的晶闸管包（包含前向和反向晶闸管）组成，它的操作由一个门极控制。他们常用在调光器电路中或者作为继电器的开关，这样截止态下很小的泄漏电流不会引起其它控制器的误操作。随着增加电流容量可控

22、硅的可用性使他们用于交流电机的相位控制中。23功率半导体容量功率器件在稳态交流电机马力范围大于600V时如何用，用在哪里摘要显示在表2。1中。马力额定值基于没有并联的器件。24功率半导体的物理特性在物理特性条件下，有三类最常用的功率半导体：（1）栓接式（2）薄片或冰球式（3）绝缘散热器类型。他们的共同特征是需要与其它器件有物理联系。这器件叫散热器，为了保持结温在设计值内把内部热量散发出去。散热器吸收结的热量通过散热片，轮片（螺旋桨叶片）或者液体冷却剂发散出去。液体冷却剂几乎从不用于600V级的固态交流电动机控制中，而且也不包含在我们的讨论中。这三类功率半导体的不同在于它们如何安装，他们如何与散

23、热器连接。241栓接式螺纹部分可能是PN结的一部分，或者是与有源电子部分电子绝缘。在任一种情况下，螺纹部分常常插入散热器的螺纹孔。栓接式器件在小马力额定值下常用来作为直接功率控制器件，在大马力额定值下常用来作为辅助保护器件。在后一种情况下，它们常直接安装在较大器件使用的散热器上，如冰球式设计。242冰球式器件典型冰球式功率器件可能是二极管，可控硅或GTO。尺寸范围直径从近似25MM到100MM。每一个平坦的面即不是P也不是N结。热传递和导电从这表面产生。冰球式器件典型安装是联接铝型材的散热器。特别的箝位电路，联接绝缘混合剂和扭矩扳手都是需要的，用来确定光热传递和电导率。由于栓接式和冰球式器件的

24、散热器都能传递电流，他们必须与机械底托电子绝缘。轮片能加到散热器上增加热量排放并且增大固定负荷状态的完成。由于散热器能在同样电压水平下作为功率器件，冰球式和栓接式的固态AC电动机控制必须通过附件（外壳）供给。附件（外壳）必须有合适的通风口或热交换器使得热量能散发。它不会用在放在安全封套中的用法，例如象NEMA12的密封盒或相似的外围物。243绝缘散热器件绝缘散热器功率器件可能是二极管，可控硅，GTO，三极管或双向可控硅。单个的包包含器件的联合体，在内部以线加固。区别的特征是术语“绝缘散热器”。有一个铝底盘在每个包下面。这个底板与功率器件之间是导热并绝缘的。结的大部分热量传给了铝盘。这个底板依次

25、安装在第二个更大的散热底板上。这个更大的散热底板在对面有鳍状表面。绝缘散热器的设计使它自己是个完全封闭的设计。他们也有经过预包装的已经内部加固过的复合器件的优点。他们的缺点是通过底部安装的底板散热的能力有限，所以固定负荷状态必须小于开放的散热器安装在冰球式器件上。尽管如此，绝缘散热器在一般应用和器件容量的使用上迅速增长。在较高的左上角的排列是唯一的，同样它联合了有所有封闭设计的绝缘散热器概念的冰球式的优点（例如，易替换，易互换）。它也被恰当的称为“开放块状”模式。25换流在深入的讨论实际的固态交流电机的控制之前，将换流的概念和种类阐述清楚是必要的。换流的不同类型指所有讨论的固态电动机控制。换流

26、是功率半导体器件中负载电流被截止或停止流动或转换到另一回路的过程。有以下三种换流方式：（1）自然或线电压换流（2）负载换流和（3）强制换流。2.5.1自然或电网（线电压）换流图2.8为用于将交流转换为直流的功率半导体电路，在数学上可以证明这种特殊电路可以将60Hz460V三相交流电转换为包含60Hz脉动成分的600V直流电。既然60Hz正弦交流线电压在每次正和负半周结束时都会过零，因此在线电压的每个半周结束时，功率半导体是自动（关断）换流的，这也就是自然或电网（线电压）换流。假设某一时刻图2.8电路产生的直流电压作用于一个具有反极性的电压源之上（见图2.9），且该直流电压稍高于600V，如果该

27、半导体器件为二极管，则会导致短路的发生。但是，如果这些器件是晶闸管、三极管或可关断晶闸管，由于它们除非触发，都处于关断状态，没有电路流过，所以不会有像使用二极管时的短路现象发生。因为器件将在每个半周经历一次零电压，所以如果它们在每个半周的任意时刻导通后，在每个周期结束时，交流线电压将使器件换流。这也是有电流从直流端流向交流端的自然或电网换流。图2.10所示为一种连接于交流鼠笼感应电机交流接线端的半导体功率装置，如同图2.8和图2.9，图2.10中的功率器件在将在每个交流线电压正弦波周期经历一次零电压，因此，这些器件可以是二极管、晶闸管、三极管和可关断晶闸管，或是双向可控硅。既然二极管可以导致线

28、路和电机短路，所以二极管是多余的。对图2.10，晶闸管和双向晶闸管对于相控比较实用，因为它们可以被关断。可关断晶闸管和三极管由于其固有的关断能力不相适应，所以它们也不会用于图2.10。图2.10是另一种自然或电网换流应用的例子。 2.5.2负载换流负载换流发生于如下情形：负载具有某种特性可以导致交流电压自动为零，继而将导致器件每半个周期换流或关断一次。电机的旋转加上直流场的效果导致电机输入端正弦电压的产生。这种正弦波电压，如果连接到功率半导体器件，将提供半周一次的换流或关断，这就是负载换流，见图2.11。电路见图2.11，它不能用于交流鼠笼式感应电机，因为激励或励磁电流来源于与线电流功率部件相

29、同的电源。可以为功率半导体控制系统加装特殊电路，一旦感应电机速度达到某一值时，可以为电机提供负载换流。对于大型电机这样更为节省成本，但对于373kW/600V的电机不太多见。强制换流技术用于这类电机。 2.5.3强制换流图2.12所示为由功率半导体馈电的交流鼠笼式感应电机，依次由直流源馈电。如上所述，交流鼠笼式感应电机不能产生换流或使正弦波形转变极性，假设期望通过依次开、闭功率半导体器件以提供电机的频率调节，则强制换流必须用于器件的关闭。如果是三极管，基极信号将使其导通，基极信号的撤除将使其截止，三极管的强制换流不需要其它功率器件。对可关断可控硅，正门极脉冲使其导通，而负门极脉冲使其产生换流或

30、关断，与三极管一样，其强制换流不需要其它辅助功率器件对于前面提到的晶闸管，门电路对关断无效，必须由与阴极和阳极并联的辅助功率器件使阴极和阳极之间电流为零。典型的结构包括一个电容和一个晶闸管，如图2.13所示，当主晶闸管导通时，电容充电，主晶闸管关断的同时，辅助晶闸管同时导通，因而电容放电，强制主晶闸管阳极中的电流为零。2.6 总结紧记功率半导体器件在固态交流电机控制中使用的三种重要的选项是：（1）功率半导体器件（二极管、晶闸管、三极管和可关断晶闸管和双向可控硅）可以用于控制交流电压、交流转换为直流、直流转换为交流、和直流开关。（2）采用哪种类型的器件取决于要实现的功能和器件输入和输出侧功率电流

31、的特性。决定很大程度取决于可以使用的换流类型电网、负载、或强迫换流。（3）器件的物理特性（拴接式、冰球式、或绝缘散热式）和相关的冷却要求，在很大程度上取决于对成本的均衡考虑和控制器外壳的要求。记住这三种选项的判据和性能，让我们期待下一步器件会有最好的表现，从将它们用于固态交流电机的相控启动器开始 chap 3模拟电子 3.1介绍 3.1.1 模拟和数字电子学对照我们已经研究过三极管和二极管怎样作为开关器件用于处理以数字形式出现的信息。数字电子学中，三极管用作电子控制开关：它不是饱和就是截止。（三极管的）动态区域仅用于从一种状态过渡到另一种状态。与之相对的是，模拟电子学依赖于三极管的动态区域和其

32、它放大器的形式。希腊语词根“analog”的意思是“以一定的比例”，在这里表示信息被编码成为与表达量成正比的电信号。在图3.1中，我们的信息是某种音乐，物理上由乐器的激励和共鸣产生。HYPERLINK /tag/view/id-?辐射的声波由空气分子的有序运动组成，准确的理解为声波，它使话筒的振动膜移动，依次产生电信号。电信号的变化与声波成比例。电信号被用电子的方法放大，即利用输入放大器的交流电能将信号的功率放大。放大器的输出驱动一个记录头，并且在一个圆盘上产生起伏的沟槽。如果整个系统正常，每一次声波振动都会记录在圆盘上，并且当该记录通过类似的系统重放，信号以声能的形式从扬声器辐射出来，所产生

33、的声音能忠实地重现原始音乐。基于模拟原理的电子系统形成了一类重要的电子仪器。收音机和电视机的播放是模拟系统的典型例子，许多仪器也是模拟系统，它们的应用领域包括偏差检测（应变计量器）运动控制（测速仪）和温度测量（热电偶）。许多电子仪器电压表、电流计欧姆表、和示波器应用或至少是部分应用了模拟技术。模拟计算机在数字计算机成熟之前就已存在。在模拟计算中，用电信号模拟微分方程的未知量。用电子的方法对这些信号积分、比例运算和求和以获得方程的解，比起解析或数值求解方法要容易一些。3.1.2本章内容模拟技术广泛地使用了频域的观点，我们以将频域的概念扩展到周期性的、非周期性的、和随机信号作为开始，我们将看到大多

34、数模拟信号和过程都可以在频域中表示。我们将HYPERLINK /tag/view/id-?介绍频谱的概念，也就是，用同时存在的许多频率来表达一个信号。频域中的带宽（频谱宽度）将与时域中的信息率有关。这种对频域概念的扩展也有助于我们区别模拟器件的线性HYPERLINK /tag/view/id-%17)?效应和非线性效应。线性电路被证明（be shown）可以滤除不需要的频率成分，与之对照的是，像二极管和三极管这样的非线性器件将产生新的频率成分。这种特性允许我们通过调频和调幅调制技术在频域中改变模拟信号，它被广泛应用于公共和私人通信系统。作为一个例子我们将讨论调幅收音的工作原理。然后我们将讨论反

35、馈的概念，它是一种技术，通过用模拟系统增益（的损失）交换其它期望特性如线性度或带宽。没有反馈，模拟系统如音频放大器或电视机将更贵而性能更差。对反馈优点的理解是欣赏运放在模拟电子学中应用的基础。运算放大器（缩写为op amps）是模拟电路的基本构成单元，正如NOR和NAND门电路为数字电路的基本单元一样。我们将给出一些最为常见的运算放大器的应用，包括它们用于模拟计算机中的例子。 运算放大器 (简写OP amps)是模拟电路的基本组成部分，正如NOR或非和NAND与非门电路是数字电路的基本单元一样。 我们将介绍一些运算放大器一般应用，以在模拟计算机里的他们的用途来结束。 3.2运算放大器电路 3.

36、2.1介绍 (1)运算放大器的重要性。运算放大器是一个在受负反馈控制的高增益的电子放大器，用来在模拟电路中完成很多运算功能。这样的放大器最初被发展完成运算，例如在模拟计算机里为微分方程的求解的积分和求和。运算放大器的应用被增加了，直到目前为止， 大多数模拟电子电路基于运算放大器技术。例如,你需要一个放大器获得10倍的增益，便利,可靠性，费用考虑将确定使用一个运算放大器。因此，运算放大器形成模拟电路的基本构件，正如NOR或非和NAND与非门电路是数字电路的基本单元一样。 (2)运算放大器模型典型的特性。典型的运算放大器是利用十多个晶体管，几个二极管和很多电阻器的一个复杂的晶体管放大器。这样的放大

37、器被在半导体芯片上批量生产并且售价少于1美元一个。这些部件是可靠，耐用的，并且在他们的电子特性接近理想。 图3.2显示一台运算放大器的基本特性和符号。有两个输入电压u+和u _ ,用大的电压增益差分放大，通常达105 - 106. 输入电阻R也很大，100 K -100 M欧。输出电阻Ro很小，10-100欧.放大器经常用正极(+ Ucc)和负极(-Ucc) 电源提供直流电源。对这个情况来说，输出电压在供电电压之间，- UccUo+ Ucc。 有时一个电源接地(即,-Ucc =0). 这样的话输出电压在0Uo+ Ucc之间。电源连接很少被画进电路图，可以认为运算放大器和合适的电源连结起来。因此

38、运算放大器接近一个理想的电压放大器，有高的输入电阻，低的输出抵抗和高的增益。 高增益通过使用强大的负反馈变为其他有用的特征。负反馈的全部好处被运算放大器电路利用了。对那些早在这章里列举，我们将为运算放大器电路还增加3个好处：低扩张性，便于设计，和简单的构造。 (3)这节的内容。我们首先分析两个普通运算放大器应用，反相和同相放大器。我们通过一个简单而有效对任何运算放大器电路使用的一种方法，推导出这些放大器的增益。 我们然后讨论有源滤波器。这是有（带了）增加了频率响应的电容器的运算放大器。然后我们简单讨论模拟计算机，以讨论运算放大器的一些非线性的应用来结束。 3.2.2运算放大器 (1)反相放大器

39、。 反相放大器，用图3.3显示，使用一个运算放大器和两个电阻。 运算放大器的输入是地(零信号) ;负(-)电源连接输入信号(通过Ri)并且(通过RF)反馈到输出信号.在下列讨论中容易混淆的是我们必须同时谈到两个放大器。运算放大器是在负反馈放大器里形成放大要素的一种放大器，负反馈放大器包含运算放大器加上相关电阻。为了减少混乱，我们保留术语放大器只用在反馈放大器的总体上。运算放大器绝不是一个放大器；而被叫为运算放大器。例如，如果我们对放大器提及输入电流，我们指通过R1的电流，并非进运算放大器的电流。 我们在图里能求出3.3反相放大器的增益，通过求解基本的电路法则(KCL和KVL)或者通过试图把电路

40、分成主要放大器和反馈系统模块。不过，我们将提出另一方法，这种方法基于运算放大器增益很高，接近无限。在如下内容里，我们将给一般的假设，这可提供给任何运算放大器电路；然后我们将把特定假设用于目前的电路。因此，我们将建立反相放大器的增益和输入电阻。 (1)我们假定输出表现良好不试图达到无限。因此我们假定负反馈使放大器稳定，因此适度的输入电压产生适度的输出电压。如果电源是+ 10和-10 V，例如，那些输出必须位于这些有限值之间。 (2)因此，运算放大器的输入电压非常小，基本上零，因为它是输出电压除以运算放大器的大的电压增益 U+-U _ =0 =U+= U _ 例如，如果lUol10 V并且A= l

41、05， 然后我u+ u _ l10 /lOs = 100 UV。 因此对任何运算放大器电路通常u +和u _在100 uV或更少内相等。对在图3.3的反相放大器来说，u+接地； 因此，u _ =0.从而，放大器的输入电流将为 Ui-u _ Ui见（3。1） il = Ri R 1 (3)因为u+=u _并且Ri很大，进入放大器的+极和-极的运算放大器的输入电流将非常小，基本上零 见 (3.2) 例如， Ri = 100 k， i _ 1 和当 (CK) =1)时）。 输入的控制时间可能被更进一步通过如图4.21中所示在一电阻电路内使时钟信号有差异降低， 并且把结果用于输入门。 引发的这边缘通过

42、建造小耦合电容器进集成电路的输入被完成。 电路可以被用于在主要或者钟的后沿引发。边缘的符号引发突然倒转被在汞内显示。 为主要和后沿引发的4.22。 区分对于边缘来说注意引发是在时钟输入的三角形。 在波形的边缘引发限制时间，在其期间输入是活跃的，因此消除故障的服务器。 通过使用电路在主要或者后沿引发，设计者在每个时钟周期里能在两次在一条电路内通过信号。第二部分：电机、控制元器件和传感器电机的介绍 5.1电机的简要历史 电机存在了多年。从他们多年前的第一个使用，电机的应用已经迅速扩大了。目前，应用继续快速增加。 托马斯爱迪生因为电力的普遍阶段和电力传输（配电）的概念的发展获得荣誉。他对被蒸气机驱动

43、的直流(DC)发电机进行了发展的工作。爱迪生对电灯和电力产品的工作带来了直流电动机和相关控制设备的发展。 大多数早期的发明都与处理直流电系统的电机操作有关。交流电(AC)发电机和传输后来才变得广泛。转变为交流电能产生与传输的主要原因是变压器能升高交流电压电平以适适合电能的长距离传输。因此，变压器的发明允许电能的产生与传输系统从DC到AC系统的变换。目前，几乎所有电力系统产生与传输使用三相交流电。变压器允许交流发电机产生的电压在以相应数量级减少电流时被增加。这样，允许在很低的电流下远距离传输，降低了电力损耗，增加系统效率。 电机的使用增加了家庭用具的使用，驱动电机和复杂设备的工业和商业上的应用也

44、增加了。很多机器和自动化的工业设备现在需要准确的控制。由于早期直流电动机主要用于铁路，因此，电动机设计和复杂性都改变了。对机器和设备的经济性和有效操作来说，电动机控制方法现在已经变得更关键。象伺服控制系统和工业机器人这样的革新，已经导致了在电机设计方面的新发展。 传输系统的复杂也已经对电机使用有影响。汽车及其他地面交通工具采用电机启动，并用发电机对蓄电池充电。在电机驱动的汽车的发展过程中最近他们被强调了。飞机用类似于汽车的方式使用电机。不过，他们也在运行中使用复杂的同步和伺服控制的机器。 5.2电机的基本结构 旋转电机完成机电的能量转换。发电机把机械能转变成电能，而电动机把电能量输入转变成机械

45、能输出。发电机和电动机有基本结构特性，它们在机器的很多类型中普遍存在。各种机器的功能也不同，即使他们的结构相似。发电机有旋转运动作为原动力（提供），以提供机械能量输入。在导体和发电机的磁场之间的有关运动产生电能输出。电能供给电动机绕组和磁场，产生电磁感应作用，使电动机产生机械能或者转矩。 许多旋转的电机的结构有点相似。大多数机器有一稳定部分叫定子，而旋转的装置叫转子。定子包括一个轭或者框架（因为磁通量在机器中发展，框架起到一个支持和金属道路的作用。） 5.2.1磁极和绕组 旋转机器有磁极，它是定子装置的一部分。磁极由钢制薄片构造，并且给机器框架保护。 他们通常在转子附近部分弯曲，为磁通提供一条

46、低磁阻路。 励磁绕组或者电磁线圈被放在磁极周围。电磁线圈是电磁场与转子的相互作用产生电压或者在一台机器里产生力矩的电磁体。 5.2.2转子结构 在电机的研究过程中，有一个需要理解的是，电磁场是被一台电动机或者一台发电机的旋转的部分产生。这个部分被叫为电枢或者转子。一些机器使用固体金属转子叫鼠笼式转子。 5.2.3滑环，开口环，电刷 为了电能能被提供给一个旋转的设备例如电枢，必须建立某一类滑动电刷的接触（联系）。滑动电刷可以是滑环或者开口环。滑环由两个单独固体环胶合在一起的绝缘材料的汽缸构成。滑动刷由碳和石墨做成，接在金属环上并且允许在旋转期间从环那里使用或者抽出电能。开口环的换向器类似于滑环除

47、了金属环被切开两个或更多单独的部分。通常，滑环用在交流电动机和发电机里，而直流设备用开口环的换向器设备。换向器上的那些火花隙或者开口要保持最小量，以降低电刷冒火花的可能。滑环和开口环显示在图5.1中。 5.2.4其他机器部件 有几个其他部件用在旋转机器的构件中。在他们正中是转子轴，在轴承之间旋转。轴承可能是球形，滚柱或者套管类型。轴承封条经常由毡制（毛）材料做成，用来在轴承周围保存润滑剂并且不许灰尘入内。转子核心通常由叠制钢片构造，在机器的磁极和降低涡流之间提供一条低磁阻磁通路。内部和外部电气装线提供一种传递或者抽选电能的方法。 5.3电气设备的结构特征 能量转换过程通常在一个特定的机电装置里

48、与两个重要的特征的存在有关。这些励磁绕组，产生磁场密度和电枢绕组，在那里工作 电动势被感应。在这节中电器的主要类型的显著结构特征部分被描述，显示了这些绕组的位置，并展示了这些机器的一般组成。 5.3.1三相感应电动机 这是最强壮并且最广泛地在工业里使用的机器。它的定子由高等级的片钢层压组成。内部表面被安排适应三相绕组。在图5.2(a)三相绕组 有3个线圈，在轴上它们被相隔120度。 线圈aa 代表从一对极点分配到A相的全部线圈，类似的，线圈bb 代表b相线圈，线圈cc 代表c相线圈。当每相的一个末端被系在一起时,象图5.2(b)描绘的那样,三相定子绕组就叫作Y连结。这种绕组被称为三相（对称）绕

49、组的原因是旋转磁场在三相绕组中的感应电动势互差120度电角度三相对称系统的特点。 转子也由铁磁性的材料层压组成，但是转子绕组可能是鼠笼式或者绕线式类型。后者具有一类似于定子绕组的那种形式。绕组终端被连到3个滑环上。这允许一外部三相电阻器连接转子绕组来提供速度控制。事实上，它是大部分绕线式电感应电动机使用的对速度控制的需要。否则鼠笼式感应电动机将被使用。鼠笼式绕组仅仅包括一定数量的铜棒嵌入在转子槽孔，通过铜圆环末端被连接。(在一些更小的尺寸上使用铝.)鼠笼构造不仅比绕线式转子更简单，而且更经济。而且不需要滑环或者碳刷。 在正常的操作过程中三相电压被用于图5.2所示定子绕组的a-b-c点。磁化（励

50、磁）电流流入一同建立的有两个磁极的旋转磁场每一相中。场的速度由磁化电流的频率和被设计的定子绕组的极的数量决定。图5.2显示两极的构造。如果A - b c-b 仅占180度机械角度，并在剩余的180机械角度内重复一次，则该电机有四个极。对一个P极机器来说，这种基本的绕组模式必须在定子内表面的周长内重复P/ 2次。 定子绕组切割转子转向器产生旋转磁场，因此产生电压。由于转子绕组通过端环短路，则感应电动势形成（转子）电流，电流与磁场相互作用产生电磁转矩，结果使电动机旋转起来。 根据上述的说明，有一点应该是清楚的，即三相感应电机绕组位于定子和转子绕组电枢上。值得注意到的另一个点是，这台机器是单边激励的

51、,即电力只被定子绕组提供。被感应的电流通过转子绕组。结果磁化电流的两个，设定磁场和电力电流，允许能量被提供到轴负载流过定子绕组。 因此，为了保证磁化电流尽可能小，为了电源组成部分能相应的比给定的额定电流更大，感应电机的气隙被制造的象允许的机械间隙一样小。气隙长度的变化从小机器的大约0.02英寸到更高额定值和速度的机器的0.05英寸。 5.3.2同步电机 同步电机的主要的（基本）结构特征用图5.3描绘。定子包括一个定子框架，一个开槽的定子核心，为磁通量提供一条低磁阻通路，并且一三相绕组埋置在槽孔里。 注意图5.2(a)的基本的二极图案被重复两次，表明三相绕组设计了四个极。如图5.3描绘，那些转子

52、或者圆柱体和装有分配绕组或者别的，在每条腿上有凸起的极上面有绕线线圈。 圆柱体的结构专门被汽轮发电机使用，这可以高速操作。 另一方面凸极式结构被专门用于速度每分1 800转或更少的同步电机的操作中。 当被作为一台发电机操作时，同步电机从一个原动力接收机械能，例如汽轮机和被以一些固定的速度驱动的原动力。此外，转子绕组从一DC电源激励，因此沿着气隙形成一磁场分配。转子在静止和DC流过转子绕组时，在绕组定子内没有感应电压，因为磁通没有切割定子线组。但是， 当转子被全速驱动时，电压在定子绕组内引起（感应），并且在合适（适当）的负荷电能的应用上可能被交给它。 对同步电机来说励磁绕组位于转子；电枢绕组位于

53、定子。即使当同步电机作为一台电动机的时候，这个陈述也是有效的。 在这种方式下，为了给磁极提供能量，交流电源被用于定子绕组，直流电源被用于转子绕组。机械能取自轴。同时注意到,与感应电机不同,同步电机是一台双边激励的机器; 即,能量被用于转子和定子绕组。实际上这是以一个速度使这台机器提供非零力矩的这种特性 -故名同步。 因为同步电机的磁化电流起源于一个单独的来源(直流供应) ,空气间隙长度比那些在可比较的大小和额定值的感应电机里找到的更大。但是，同步电机更昂贵，并且不如更小的功率额定值的感应电机强壮，因为为了允许直流电被传导到励磁绕组，转子必须装配滑环和电刷。 5.3.3直流设备 具有直流电特征的

54、机电能量转换装置比AC类型要复杂。除励磁绕组和电枢线圈之外， 第3个组成部分是需要的，它起把交流电枢电压转变成直流电压的转换作用。基本上这种设备是机械整流器，被叫作换向器。 在图5.4出现是直流电机的主要特征。定子包括一个非叠制的铁磁材料，它装配有一个突出结构，而在其周围包裹了线圈。直流电流流动通过线圈，用在同步电机的转子里发生的几乎一样的方式，沿着气隙的周围建立一种磁场分配。因此在直流电机里励磁绕组位于定子。绕组电枢在转子上。转子有一锤打成薄片的核心，转子的安置可以容纳电枢绕组。它也包含换向器 -一系列铜段互相连接并且排列成圆柱状。在换向器恰当（位置）安置碳刷，其作用是当电机作为电动机或发电

55、机运行时，使直流电流流入或流出电枢绕组。 在图5.4里，电枢绕组被描绘为线圈裹住的环状物。这仅仅是为了图解方便。在实际的绕组中，没有导线浪费在转子核心的内部表面上，那儿没有磁通穿过。在图5.3中，那些在刷子下面直接横向放置的电枢绕组部分被假设除去绝缘,即铜是裸露的。这允许当转子旋转时，电流从电枢绕组穿过电刷被传导。在实际绕组中，通过把线圈和换向片连结起来并将电刷放在换向器上，使得每个线圈与电刷都是相接。 因为电反应的直流电流过励磁绕组和电枢绕组。如图5.4所示，如果假定电流由电刷Bl流入，则应注意到，转子左边的外部导体电流是流入纸面的，而位于转子的右边的外部导体电流方向是相反的。在每一导体上产

56、生力，因此产生力矩(引起顺时针方向旋转)。现在，换向器的作用就是保证当图5.4所示的导体（如导体1）由电刷B1子表的左侧旋转到右侧时， 电流的方向也随之改变，这样对整个电枢绕组而言就可产生一个方向不变的连续转矩。回忆一下，反向磁场的反向导体电流的保证转矩方向不变。无论电枢是否旋转，由于换向器使电流总是同样的方向流入电枢绕组的两边，则电流反向。 在图5.4中感兴趣的另一个点是关系到电刷的位置。通过将电刷放于一条与全部导体磁场轴线垂直的线上，有助于产生方向不变的转矩。另一方面，如果电刷与磁场轴线被放在同一条线上，则一半的导体产生顺时针方向转矩，另一半的导体产生逆时针方向转矩，使有效转矩为零。 第三

57、部分计算机控制技术 计算机网络介绍 独立技术已经支配了过去3个世纪中的每一个。18世纪是伴随工业革命的大机械系统的时间。19世纪是蒸气机的时代。在20世纪，关键技术是信息的收集，处理，以及分配（分类）。在其他发展中，我们已经看见全世界电话网络的安装，收音机和电视的发明，计算机工业的诞生和空前的发展，以及通信卫星的发射。 由于技术的快速进步，这些领域正在快速融合。信息的收集、传送、存储和处理之间的区别正在迅速消失。拥有数百遍布世界各地的办公室的组织，通常期望只按一下按钮，即使他们在最遥远的村落也能检查当前工作状态。作为我们收集，处理，分配信息的才能的增长，更复杂信息处理的那些需求更迅速的增长了。

58、 虽然计算机工业与其他工业相比很年轻(例如,汽车和空运) ,在很短的时间内计算机工业已经取得壮观的进步。在他们存在的前两十年期间，计算机系统是高度集中的，通常在一个单独的大房间内。通常，这个房间有玻璃墙，参观者能通过它看到里面的电子奇迹。一个中型公司或者大学可能有一两个计算机，而大机构有至少几打。在20年内，比邮票还要小的同样大功率的计算机将会成千上万的大量生产，是纯粹的科学幻想。 计算机与通信的合并已经对电脑系统组织的方式有深远的影响。一台大型计算机充斥一个房间给用户处理他们的工作，这样的计算机中心的概念，现在完全是过时的。为组织内部所有的计算需求提供服务的旧的单机模式已经被另一个模式替换，

59、在这个模式中，由许多独立的但又相互联系在一起的计算机完成工作任务。这些系统被叫为计算机网。这些网络的设计和组织是这章的主题。 我们将使用计算机网络这个术语，来表达自治计算机的相互连接的集合。如果两台计算机之间能交换信息，也可以说他们是互连的。连接不一定非要通过铜线，光纤，微波，通信卫星也能被使用。通过需要计算机是自治的，我们希望从我们定义的系统中排除哪一个有清楚的主/从关系，如果一台计算机能强迫启动，停止，或者控制另一个，计算机不是自治的。有一个控制单元和很多从属机器的系统不是一个网络；有远程打印机和终端的大型计算机也不是。 在计算机网络和分布系统之间在文献（资料）上相当混乱。在分布系统内关键

60、区别是,那些存在的多自治计算机对用户是透明的(即,不可见)。他能键入一个命令运行程序，并且运行它。选择最好的处理器是操作系统的责任，发现并且把全部输入的文件传送到处理器，并且把结果放进合适的地方。 换句话说，一个分布系统的用户不会意识到有多台处理器；它看起来象实际上的单处理机。处理器的工作分配和文件存入磁盘，文件在他们被储存的地方和需要的地方的运动，心脏全部其他系统函数都必须是自动的。 对于一个网络，用户必须明确地登录到一台机器，明确地远程提交作业，明确地移动文件并且一般亲自处理全部网络管理。对于一个分布系统，没有什么必须被要求去做；不依赖于用户的知识，它全部自动通过系统做了。 实际上，一个分