第二章电工基础知识

海南大学

黄广民电工作业第二章电工基础知识了解电路及相关的内容了解电磁感应与电子技术常识第一节电路基础知识一.电流和电路1.电荷与电流失去电子或得到电子的微粒称为正电荷或负电荷.带有电荷电荷的物体称为带电体.电荷的多少用电量表示.其单位为C(库或库仑).库仑是很大的单位,常用的电量是μC(微库或微库仑),1C=106μC.第一节电路基础知识一.电流和电路

电流是带电微粒的定向移动.以正电荷移动的方向为电流的正方向.大小和方向不随时间变化的电流称直流电流;大小和方向随时间作周期性变化的电流称交流电流.电流的大小称为电流强度,简称电流.电流符号是I,i.电流的单位为A(安),mA(毫安).1A=1000mA.第一节电路基础知识

一.电流和电路2.电流强度用每秒通过导体某一段截面的电荷量的多少来衡量电流的强度强弱称电流强度(简称电流).用符号I表示.如果在t秒钟内通过导体横截面的电量是Q,则第一节电路基础知识一.电流和电路2.电流强度

电流的单位为安培(A),计算微小电流时以毫安(mA)或微安(μA)为单位.1A=1000mA1mA=1000μA电流很大时,以千安(kA)为单位.1kA=1000A第一节电路基础知识一.电流和电路3.电路(1)电路的组成及电路元件的作用就是电流所流经的路径,它由电路元件组成.当合上电动机刀闸开关时,电动机立即就转动起来,这是因为电动机通过导线经开关与电源接成电流通路,并将电能转换成为机械能.第一节电路基础知识一.电流和电路3.电路电动机,电源等叫做电路元件,电路元件大体可分为四类:1)电源:即发电设备,其作用是将其他形式的能量转换为电能.如电池是将化学能转换为电能,而发电机是将机械能转换为电能.第一节电路基础知识一.电流和电路3.电路2)负载:即用电设备,它的作用是把电能转换为其他形式的能.如电炉是将电能转换为热能,电动机则是把电能转换为机械能.3)控制电器和保护电器:在电路中起控制和保护作用.如开关,熔断器,接触器等.第一节电路基础知识一.电流和电路3.电路4)导线:由导体材料制成,其作用就是把电源,负载和控制电器连接成一个电路,并将电源的电能传输给负载.电路的作用:产生,分配,传输和使用电能.第一节电路基础知识一.电流和电路3.电路电路可用原理接线图来表示.为突出电路的本质和简化电路,其电路原理图可画成下列形式:第一节电路基础知识一.电流和电路(2)电路的状态1)通路.通路就是电路闭合,负荷中有电流通过.通路状态,根据负荷大小,可分为满负荷,轻负荷,过负荷三种情况.负荷在额定功率下工作状态叫满负荷;低于额定功率的工作状态叫轻负荷;高于额定功率的工作状态叫过负荷.第一节电路基础知识一.电流和电路(2)电路的状态2)短路.若电源或负荷的两端被导线直接接通,叫短路.短路时电路中电流会远远超过正常值,可能造成电气设备过热,甚至烧毁,严重时会引起火灾.过大的短路电流将产生很大的电动力,也可能损坏电气设备.第一节电路基础知识一.电流和电路(2)电路的状态3)断路.把电路中的开关断开或电路的某一部分发生断线,使电路不能闭合,称断路.断路状态下电路中无电流通过,负荷不能运行.第一节电路基础知识二.电场和电场强度1.电场

带电体周围存在电场,能对位于该电场中的电荷产生作用力---电场力.电场力的大小与电场强弱有关,这又与带电体所带的电荷量多少有关.第一节电路基础知识二.电场和电场强度1.电场强度电场强度是衡量电场强弱的一个物理量,既有大小又有方向.

电场中任意一点的电场强度,在数值上等于放在该点的单位正电荷所受电场力的大小,其方向是正电荷受力的方向.即:第一节电路基础知识

二.电场和电场强度1.电场强度式中E----电场强度,N/C;F----电荷所受的电场力;Q---正电荷的电量,C.第一节电路基础知识三.电位,电压,电动势1.电位在电场力的作用下,单位正电荷由电场中某一点移到参考点(电位为零)所做的功叫该点的电位.第一节电路基础知识三.电位,电压,电动势2.电压

电场力把单位正电荷由高电位点移到低电位点所做的功中这两点间的电压.电压也是指电场中某两点之间的电位差.即:式中W---电荷所做的功,J;Q---电荷量,C.第一节电路基础知识三.电位,电压,电动势3.电动势要使电流持续不断沿电路流动,就需要一个电源,把正电荷从低电位移向高电位,这种使电路两端产生并维持一定电位差的能力,叫做电动势,单位是伏特(V).第一节电路基础知识四.导体,绝缘体与导体电阻1.导体

能够传导电流的物体称为导体,常用的导体是金属,如银,铜,铝等.金属中存在着大量的自由电子.当导体与电源接成闭合回路时,这些自由电子就会在电场力的作用下朝一定方向运行形成电流.第一节电路基础知识四.导体,绝缘体与导体电阻2.绝缘体

能可靠地隔绝电流的物体叫绝缘体.如橡胶,塑料,陶瓷,变压器油,空气等是绝缘体.导体和绝缘体并没有绝对的界限,在一般状态下是绝缘体,若条件改变时也可变为导体.如干燥木头是绝缘体,当木头湿了,它就导电了.第一节电路基础知识四.导体,绝缘体与导体电阻3.电阻导体两端加上电压,导体就会产生电流.从物体的微观结构来看,电子的运动必然要和导体中的分子或原子发生碰撞,使电子在导体中的运动受到阻力,导体对电流的阻碍作用,称为电阻.第一节电路基础知识四.导体,绝缘体与导体电阻3.电阻不同的材料的导体,对电流的阻碍作用也是不尽相同.有的导体电阻很小,则表示它的导电能力好;有的导体电阻很大,则表示它的导电能力差.电阻用R表示,单位是欧姆,其符号”Ω”常用的单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ).第一节电路基础知识四.导体,绝缘体与导体电阻3.电阻常用的单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ).1kΩ=1000Ω1MΩ=1000kΩ导体电阻在大小决定于导体的长度,横截面积和自身的材料.同一温度下,导体的电阻与导体横截面积成反比,与导体的长度成正比.第一节电路基础知识

四.导体,绝缘体与导体电阻3.电阻电阻公式表示为:式中ρ为电阻系数,L为导体长度,S为导体横截面积.材料的电阻率会随温度而变.一般金属电阻率随温度的升高而增大,人们利用金属的这种性质制作电阻温度计.第一节电路基础知识四.导体,绝缘体与导体电阻3.电阻但也有一些合金,如康铜和锰铜的电阻率随温度变化特别小,用这些合金制作的导体,其电阻受温度影响也特别小,所以常用来作标准电阻.第一节电路基础知识五.欧姆定律电路中,电压可理解为产生电流的能力.欧姆定律是表示电路中电压,电流和电阻这3个基本物理量之间关系的定律.该定律指出,在下图的电路中,流过电阻R的电流I与加在电阻两端的电压U成正比,而与电阻成反比,其表达式为:

U=IR或I=U/R或R=U/I第一节电路基础知识五.欧姆定律U=IR或I=U/R或R=U/I式中U---电路上的电压,V;I---流经电路的电流,A;R---电路的电阻,Ω.从欧姆定律可知,电路中如果电压不变,电阻越小则电流越大.电阻越大则电流越小.第一节电路基础知识五.欧姆定律当电阻趋近于零时,电流很大,这种状态称短路;当电阻趋近于无穷大时,电流几乎为零.电路这种状态称为开路.第一节电路基础知识五.欧姆定律如图示的电路,包含电源在内的闭合回路中,电压与电流之间的关系符合全路欧姆定律.即:I=E/(R+R0)或E=IR+IR0=U+IR0式中E---电源的电动势,是电源所具备的产生电流的能力,V;I---电流,A;R---负载电阻,Ω;R0---电源内阻.第一节电路基础知识五.欧姆定律

全电路欧姆定律表明,在闭合电路中,电流与电源电动势成正比,与电路中电源内阻负载电阻之和成反比.第一节电路基础知识六.电功,电功率与热效应1.电功将电能转换成其他形式的能时,电流都要做功,电流所做的功叫电功.根据公式I=Q/t及U=A/Q和欧姆定律可得电功A的数学表达式为：

A=UQ=IUt或A=I2Rt=U2/Rt电功的单位是焦尔.第一节电路基础知识六.电功,电功率与热效应1.电功率

单位时间内电流所做的功叫电功率,用字母P表示,其表达式为P=A/t由部分欧姆定律可得常见功率的计算式

P=IU=I2R=U2/R电功率的单位是瓦特(W).在实际工作中,功率的常用单位还有千瓦(kW),毫瓦(mW).第一节电路基础知识六.电功,电功率与热效应1.电功率1kW=1000W=106mW

电源的电功率等于电源的电动势和电流的乘积(如图)P1=EI.

负载的电功率等于两端电压和通过负载的电流的乘积(如图)第一节电路基础知识六.电功,电功率与热效应3.电流的热效应

电流通过导体时产生的热量和电流值的平方,导体的电阻值及通电时间成正比.即:

Q=I2Rt叫楞次-焦耳定律,热量Q的单位:J.为避免设备过度发热,根据绝缘材料允许温升,各种导线规定了不同截面下最大允许电流值,又称安全电流.第一节电路基础知识七.串联与并联电路(一)串联电路电路中,两个或两个以上的电阻按顺序联成一串,使电流只有一条通路,叫电阻的串联,串联电路的特点:(1)串联电路中通过每个电阻的电流都相等且等于总电流.

I=I1=I2=I3=······=In第一节电路基础知识七.串联与并联电路(一)串联电路串联电路的特点:(2)电路两端的总电压等于各个电阻两端的电压之和.

U=U1+U2+U3+······+Un第一节电路基础知识七.串联与并联电路(一)串联电路串联电路的特点:(3)串联电路的等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和.

R=R1+R2+R3+······+Rn第一节电路基础知识七.串联与并联电路(一)串联电路串联电路的特点:(4)在串联电路中,各电阻上分配的电压值与各电阻的阻值成正比.

Un=U·Rn/R上式为分压公式,Rn/R为分压比.第一节电路基础知识七.串联与并联电路(二)并联电路电路中两个或两个以上的电阻一端连在一起,另一端也连在一起,每一电阻两端承受同一电压的作用,叫并联电路(如图所示).并联电路的特点:(1)并联电路中各电阻两端的电压相等且等于电路两端的电压.即U=U1=U2=U3···=Un第一节电路基础知识七.串联与并联电路(二)并联电路并联电路的特点:(2)并联电路中的总电流等于各电阻中的分电流之和.即I=I1+I2+I3+······+In第一节电路基础知识七.串联与并联电路(二)并联电路并联电路的特点:(3)并联电路的等效电阻值(即总电阻值)的倒数,等于各电阻值倒数之和.即

1/R=1/R1+1/R2+1/R3+······+1/Rn若有n个相同的电阻并联,则总等效电阻值R=Rn/n,并联等效电阻值比任一个支路的电阻值小.第一节电路基础知识七.串联与并联电路(二)并联电路并联电路的特点:(4)在电阻并联的电路中,各支路分配的电流与该支路的电阻值成反比.

In=I·R/Rn上式称分流公式,R/Rn称为分流比.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应

电磁感应现象就是电产生磁,磁产生电的现象.电磁感应技术在变压器,电动机,电度表,无线电设备等电气设备中得到广泛应用.(一)电流磁场磁场是一种看不见,没有不可进入性的空间.磁场的表现形式是引进场域内的磁针发生偏转和取向,引进场域内的电流受到力的作用.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(一)电流磁场

磁感应强度是表征磁场强度及方向的物理量.其大小为单位长度的单位直线电流在均匀磁场中所受的作用力,其方向与受力的方向和载流直导线的方向垂直.磁感应强度符号B,其常用的单位是T(特斯拉)和G(高斯).1T=1×104G第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(一)电流磁场

磁感应强度与磁场前进方向上某一面积的乘积叫做磁通.磁通是磁路与电路中电流相当的物理量.磁通的符号:Φ,单位是Wb(韦伯)和Mx(麦克斯韦).1Wb=1×108Mx.如某一面积S与磁感应强度B垂直,则Φ=BS.因为B=Φ/S,故磁感应强度也叫磁通密度.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(一)电流磁场磁场可由永久磁铁产生,可由电流产生,也可由变化的电场产生.电气设备中,最常见的是由电流产生的磁场.电磁铁,电动机都是利用电流产生的磁场来工作的.电流产生磁场方向由右手螺旋定则(也称安培定则)确定.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(一)电流磁场

右手螺旋定则是将右手握拳,拇指伸开,如拇指表示直线电流的方向,则卷曲的四指表示直线周围磁场的方向;如卷曲的四指表示线圈电流的方向,则拇指表示线圈内磁场的方向.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(一)电流磁场有些材料不导磁,也有些材料导磁性能很好.为表明材料导磁性能和极化性能,引入导磁率和磁场强度.磁场强度与介质性质无关.磁场强度符号H,单位:A/m.在各向均匀的线性介质中,磁场强度与磁感应强度的关系为B=μH.式中,μ为介质磁导率.μ0=4π×107H/m(亨/米)第二节电磁感应与磁路

一.电磁感应(二)电流感应如图所示,当线圈内的磁通Φ发生变化时,线圈内即产生感应电动势e,如果线圈不是开路的,线圈内即产生感生电流.线圈内感应电动势的大小与磁通变化的速度成正比.对于N匝的线圈,感应电动势的大小为:即为法拉第电磁感应定律.第二节电磁感应与磁路

一.电磁感应(二)电流感应如图磁通Φ增大时,线圈中感应电动势e和感生电流实际方向是与所表示的电动势e方向相反;磁通减小时,线圈中感应电动势和感生电流实际方向与所表示的电动势e方向相同.即感生电流磁场总是力图阻止原磁场变化,这规律称为楞次定律.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(二)电流感应上述电磁感应是由磁通变化引起的,常称为变压器电动势.产生感应电动势的另一种方式是切割导体磁场(即导线切割磁力线)如图示,长度为l的导线以v的速度垂直地切割磁场时,导线上所产生感应电动势的大小为:e=Blv

第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(二)电流感应这种感应电动势为切割电动势,也称发电机电动势.切割电动势的方向可用右手定则确定:平伸右手,拇指与并拢的其它四个手指成90º,磁场穿过手心,拇指指向切割方向,则并拢的四指表示感应电动势的方向.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(三)载流导体受到的磁场力

载流导体在磁场中将受到磁场力作用.力的大小与磁感应强度,流经导体的电流,导体的长度成正比.即F=BIl式中F---导体受到的作用力,N;B---磁感应强度,T;I---流经导体的电流,A;l---导体的长度,m.第二节电磁感应与磁路一.电磁感应(三)载流导体受到的磁场力

导体受到作用力的方向由左手定则确定:平伸左手,拇指与并拢的四指成90º,磁场穿过手心,并拢的四指指向导体内电流的方向;则拇指表示导体受力的方向.第二节电磁感应与磁路二.磁路(一)磁路的组成

磁路是磁通的闭合回路.依靠电磁感应原理工作的电气设备,如电动机,变压器,各种电磁铁都带有不同类型的磁路.如图为两种磁路的示意图.有的磁路由线圈和铁心组成,有的磁路由线圈,铁心和空气隙组成.第二节电磁感应与磁路二.磁路(一)磁路的组成载流线圈是产生磁通的来源.线圈匝数N与线圈电流I的乘积NI称为磁动势.磁通在磁路中遇到的阻力称为磁阻.磁阻符号是Rm,单位是1/H,磁阻的表达式为Rm=l/μS.式中l,S---导磁体的长度和截面积;μ---材料的导磁率.第二节电磁感应与磁路二.磁路(二)磁路的组成在磁路中,当磁阻不变时,磁通Φ与磁动势NI成正比.这一规律就是磁路欧姆定律.其表达式为NI=ΦRm第三节交流电路一.交流电日常使用大多数都是交流电.直流电(或电压,电动势)的大小和方向都不随时间而变化.如果电流(或电压,电动势)的大小和方向都随时间变化而变化,就叫交流电.

交流电可分为正弦交流电和非正弦交流电.正弦交流电的电流(或电压,电动势)随时间按正弦规律变化.仅讨论正弦交流电.第三节交流电路二.正弦交流电的几个基本物理量

i=Imsin(ωt+φ)e=Emsin(ωt+φ)u=Umsin(ωt+φ)上述数学表达式还可用正弦曲线来表示,为正弦交流电动势的波形图.第三节交流电路(一)瞬时值和最大值由于正弦交流电的电流(或电压,电动势)是随时间按正弦规律变化的,每一时刻的值都是不同的,把每一时刻的值叫做交流电的瞬时值.分别用I,e,u表示.瞬时值中的最大值,叫做交流电的最大值(或峰值,振幅),用Im,Em,Um表示.第三节交流电路(二)频率,角频率和周期频率:在1秒钟内交流电变化的次数,用f表示.单位:赫兹,Hz.还有千赫(kHz),兆赫(MHz).正弦交流电表达式中ω表示正弦交流电变化的快慢,称角频率.完成一次循环而相应的角度变化为2π弧度,若每秒完成f次循环,则相应的角度变化为2πf弧度.Ω=2πf第三节交流电路(二)频率,角频率和周期

周期指交流电变化一次所需要的时间,用T表示.单位是秒,用s表示.周期与频率互为倒数.f=1/T=2π/T我国的供电系统采用的交流电的频率为50Hz,周期为0.02s第三节交流电路(三)相位,相位差在正弦交流电的数学表达式中,(ωt+φ)称为相位或相位角,因为它随时间而变化,在变化过程中能反映出正弦量的瞬时值的大小.t=0时的相位角φ称为初相位角或初相位,它确定正弦量的初始值.当φi=0时,表达式i=Imsin(ωt+φ)可变为i=Imsinωt,称它为正弦参考量.第三节交流电路(三)相位,相位差

相位差指两个同频率的正弦交流电的相位或初相位之差.它表示两个正弦量各自达到其最大值(或零值)时的时间差.若两个同频率的正弦交流电压u1,u2二者同时到达零值或最大值,则二者为同相位,或相位差为零.第三节交流电路三.三相交流电三相交流电,即电路中的电源同时有三个交变电动势,这三个电动势的最大值相等,频率相同,相位互差120º,也称为对称三相交流电动势.三相电源的三个绕组及三相负载,其常用的连接方式有两种:星形(Y)连接和三角形(Δ)连接.第三节交流电路四.三相功率电能使灯光发光,电炉发热,电动机带动机器做功.做功的效果可用电功率来衡量.三相电路计算中除了要计算电流,电压,电阻等,还要计算电功率.实际中,很多电气设备都标出其功率值,以说明其做功能力的大小.负载接在三相电源上,不论负载是星形连接或是三角形连接,它所消耗的总有功功率必定等于各相有功功率之和.P=Pa+Pb+Pc,若负载对称,每相有功功率相等.第四节电子技术常识一.晶体二极管(一)PN结及其特性半导体是一种导电能力介于导体与绝缘体之间的物质,常用的半导体是硅和锗.在半导体中掺入微量的有用杂质后,半导体可分为P型和N型两类.用特殊工艺把P型和N型半导体结合在一起,在交界面上形成带电薄层,称为PN结.第四节电子技术常识一.晶体二极管(一)PN结及其特性PN结具有单向导电的特性,即P区接外电源正极,N区接外电源负极,PN结的电阻很小呈导通状态,如P区接外电源负极,N区接外电源正极,PN结的电阻很大呈截止状态.第四节电子技术常识一.晶体二极管(二)晶体二极管结构把PN结的P区和N区各接出一条引线,再封装在管壳里,就构成一只二极管的结构符号,如图示.P区引出线为阳极(正极),N区引出线为阴极(负极).二极管按内部结构可分为两大类,即点接触型和面接触型.按制造材料分硅和锗二极管两种.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性

二极管的伏安特性指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系.它可用一条曲线来表示.即二极管的伏安特性曲线.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性1.正向导通特性二极管正向接法,正向电压由零渐增,因外加电压很小,二极管基本上无电流通过,这段电压称”死区”电压.硅管约0.7V,锗管约0.3V.外加电压＞死区电压,电流随电压的增加而增大,二极管正向电阻很小导通.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性2.反向截止特性

二极管反向接法,在一定反向电压范围内,二极管只有很小的反向电流通过,其大小几乎不变,此时二极管呈现很大的反向电阻而截止状态.小功率硅管反向电流约＜1μA,锗管反向电流约几微安～几十微安.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性3.反向击穿特性当反向电压增大到某一数值时,反向电流就会突然剧增,二极管失去了单向导电性而被”反向击穿”.这个反向电压称”反向击穿电压”,二极管在正常工作时不允许出现这种情况的.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性4.晶体二极管主要参数(1)最大正向电流:指长期使用时,允许通过晶体二极管的最大正向电流.使用时,若超过此值管子易烧毁.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性4.晶体二极管主要参数(2)最大反向工作电压:指晶体二极管可能承受的最高反向工作电压(峰值).使用时,若超过此值管子易被击穿(一般规定最高反向工作电压是反向击穿电压的一半).第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性5.晶体二极管的简易测试晶体二极管有正负两个电极,根据正向电阻较小,反向电阻很大的特点,可利用万用表的电阻档,大致测量二极管的极性好坏.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性5.晶体二极管的简易测试测量时应把万用表欧姆档量程拨到R×100或R×1k位置,用接在表上红黑两根表棒分别正接和反接二极管两端,即可测出二极管正,反向电阻值,两者相差越大越好.普通二极管正向电阻约几百欧,反向电阻约几十千欧至几百千欧.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性5.晶体二极管的简易测试如果正反电阻太小,二极管失去了单向导电作用,如果正反向电阻均为无穷大,表示二极管内部断路.如果正反向电阻均为零表示二极管电极之间短路.第四节电子技术常识一.晶体二极管(三)二极管的伏安特性5.晶体二极管的简易测试二极管正负极性判断,用万用表对它进行正接和反接测量.万用表红表棒(或表头符号+)与表内电池负极相连,黑表棒(或表头符号”-”)与表内电池正极相连.如测得正向电阻,黑表棒接的一端为二极管正极,红表棒所接一端为二极端管负极.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)硅稳压二极管

硅稳压二极管是一种具有稳压作用的二极管,简称稳压管.其外形与普通二极管基本相同,其伏安特性与普通二极管相似,只是反向特殊曲线比普通二极管的陡峭.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)硅稳压二极管稳压管工作在反向击穿区,当反向电压加到反向击穿电压Uz时,反向电流急剧增大,产生反向击穿.此后,电流增量ΔIz即使很大,只引起很小的电压变化ΔUz,稳压管两端电压变化很小.利用这一特性,稳压管能起稳压作用,Uz又称稳定电压.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)硅稳压二极管

稳压管在规定的反向电流范围内工作,稳压管的反向击穿是可逆的,即去掉反向击穿电压之后,稳压管又能恢复正常.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)硅稳压二极管在电路中稳压管与适当数值的电阻配合能起稳定电压的作用.另外,稳压管工作在反向击穿状态,因此在电路中须反接,若稳压管极性接错则不能起稳压作用.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)稳压管稳压电路稳压管稳压电路如图.单相交流电经桥式整流和电容滤波电路得到脉动变化较小的直流电压U0,再经限流电阻R和稳压管V组成的稳压电路后,接到负载电阻RL,负载可得到比较稳定的输出电压UL.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)稳压管稳压电路

引起电压不稳定主要是交流电源电压波动和负载电流变化.电源电压升高,U0也升高,负载上输出电压UL也增大,稳定管电流Iz就增大,电阻R上的压降(Iz+IL)R增大,限制负载电压UL增大,保持近似不变.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)稳压管稳压电路若电源电压不变,负载电阻RL减小而使负载电流增大,电阻R上压降增大,负载电压UL下降,只要UL下降一点,稳压管电流就显著减小,电阻R上压降(Iz+IL)R随之减小,限制UL下降,保持近似不变.第四节电子技术常识二.硅稳压二极管及其稳压电路(一)稳压管稳压电路稳压管稳压电路是通过稳压管电流的调节和限流电阻压降的补偿作用而使输出电压UL基本稳定的.第四节电子技术常识三.晶体三极管(一)晶体三极管的结构在一块极薄的硅或锗基片上制作两个PN结,并从P区和N区各引出接线,就构成晶体三极管,一个是基极b,另两个是发射极e和集电极c.由于有两个PN结,所以有PNP和NPN两种结构,其符号如图示.第四节电子技术常识三.晶体三极管(二)晶体三极管的电流放大作用以硅NPN型三极管为例,如图示.其发射结处于正向偏置,集电结处于反向偏置时,晶体三极管是放大状态,通过实验可得到:

Ie=Ib+Ic且Ie≈Ic第四节电子技术常识三.晶体三极管(二)晶体三极管的电流放大作用

晶体三极管基极输入的微小基极电流Ib引起了集电极电流Ic的较大变化,规定:

Ie/Ib=β

β为三极管电流放大系数,可得到三极管中电流间的相互关系.

Ic=βIb第四节电子技术常识(三)三极管的输入,输出特性1.三极管的输入特性

输入特性指三极管集电极与发射极电压Uce为某一定值时,加在三极管基极与发射极间的电压Ube与基极电流Ib之间的关系曲线.第四节电子技术常识(三)三极管的输入,输出特性1.三极管的输入特性由图中可看出,三极管的输入特性中也有一个死区电压,在死区内Ib很小,硅管死区约0.5V,锗管0.2V.第四节电子技术常识(三)三极管输出特性2.三极管的输出特性在Ib一定的情况下,Ic与Uce间的关系称三极管输出特性.不同的Ib,可测得Ice与Uce的一组关系曲线,因此输出特性曲线是一个曲线族,如图示.第四节电子技术常识(三)三极管输出特性2.三极管的输出特性从输出特性曲线中可看出,三极管的工作状态可分成三个区域:(1)截止区:在Ib=0时,Ic≠0,此时的Ic叫穿透电流.此区域内三极管无放大作用.第四节电子技术常识(三)三极管输出特性2.三极管的输出特性三极管的工作状态可分成三个区域:(2)饱和区:三极管放大电路中,集电极接有电阻Rc,当电源电压一定时,增大Ic,Uce必定减小(Uce=Ec-IcRc).当Uce减小到一定程度,再增大Ib,Ic不再增大,三极管失去放大作用.第四节电子技术常识2.三极管的输出特性三极管的工作状态可分成三个区域:(3)放大区:放大区在截止区和饱和区之间,在中间部分,Ic大小主要取决于Ib.Ic随Ib成正比增长,Ib每增加一定数量,特性曲线就向上移一次,Ic的变化是Ib变化的β倍,

ΔIc=βΔIb.第四节电子技术常识(四)三极管的主要参数1.共发射极放大系数β当Uce为定值时,集电极电流的变化量与基极电流变化量的比值,也称交流放大系数.2.极间反向电流(1)反向饱和电流Icbo:指发射极开路,集电极与发射极间的反向漏电流.(2)穿透电流Iceo:指基开路,集电极与发射极间的反向漏电流.第四节电子技术常识(四)三极管的主要参数3.极限参数(1)反向击穿电压Uceo:指基极开路时,集电极与发射极的反向击穿电压.(2)集电极最大允许电流ICM:指三极管正常工作时,集电极所允许的最大电流.当Ic＞ICM时,三极管的β值要明显下降.(3)集电极最大允许耗散功率PCM:指三极管正常工作时,集电极允许的最大耗散功率.第四节电子技术常识(五)三极管的测试1.管型和基极的判别

用万用表R×100档分别测量各管脚间电阻,必有一只管脚对其他两管脚电阻值相似,这就是基极.红表笔接基极,测得与其他两脚电阻都很小,约几百欧,则这是PNP管;若测得电阻很大,大于几十到几百千欧,则这是NPN管.第四节电子技术常识(五)三极管的测试2.集电极和发射极的判别判定基极后,其他两管脚分别是集电极,发射极,用手指同时握住管子集电极与基极,利用人体实现偏置.将两表笔接集电极与发射极,观察万用表指针偏摆幅度,对调两表笔,再测.比较两次读数,PNP管,偏摆幅度大的一次,红表笔所接的管脚为集电极;对NPN管,偏摆幅度大的一次黑表笔所接的管脚为集电极.余下就是发射极.第四节电子技术常识(五)三极管的测试3.三极管好坏的判别根据三极管内PN线单向导电性,检查各极间PN结正反向电阻,若相差较大说明管子基本上是好的.若正反向电阻都大,说明管子内部有断路;若正反向电阻都小,说明管子极间短路.第四节电子技术常识四.多级放大电路有时有些信号需多级放大才能满足负载要求.这可由若干个单级放大电路组成的多级放大器来实现.多级放大电路的前几级,主要用于电压放大,多用阻容耦合方式;最后的功率输出级,常用变压器耦合方式;在直流放大电路及线性集成电路中,常采用直接耦合方式.第四节电子技术常识四.多级放大电路(一)阻容耦合方式如图放大电路级与级之间的连接方式称为耦合.第一级放大电路的输出端是通过电容C2与下级电路的输入端连接起来的.叫阻容耦合.第四节电子技术常识四.多级放大电路(一)阻容耦合方式

电容C2起着耦合交流隔离直流的作用,保证了各级静态工作点独立设置,互不影响.同样C1和C3分别为输入端和输出端的耦合电容,利用它们能耦合输入交流信号进行放大和推动负载.第四节电子技术常识四.多级放大电路(一)阻容耦合方式阻容耦合放大电路不适宜放大变化缓慢的信号,因为这类信号通过电容时由于容抗很大,将受到很大衰减.为使交流信号顺利通过,低频放大电路电容都用较大的电解电容,连接时须注意极性.第四节电子技术常识四.多级放大电路(二)直接耦合方式

把前一级的输出端直接接到后一级的输入端,称为直接耦合放大电路,如图示.第四节电子技术常识四.多级放大电路(二)直接耦合方式a图将后级基极直接与前级集电极连接,后级基极电位就是前级集电极电位.前级负载电阻Rc又是后级基极偏置电阻.两级放大直接耦合后,两级放大器的工作点都大大改变,使整个放大器不能正常工作.第四节电子技术常识四.多级放大电路(二)直接耦合方式b图中后级的射极电路中接入电阻Re2后,使后级放大器建立起合适的静态工作点,从而使整个放大器得以正常工作.图中的Re2也可用稳压管V3来代替.第四节电子技术常识四.多级放大电路(二)直接耦合方式直流放大器最常用的是差动放大器,如图示是用两个特性完全相同的三极管组成的最简单的差动放大器.其信号由两基极输入,两集电极输出.该电路工作点稳定,级间耦合容易.第四节电子技术常识四.多级放大电路(三)变压器耦合放大器将微弱信号放大后,用于驱动或控制执行机构,如喇叭声响,电机转动等,此类负载需要有大的电压输出,又需有大的电流输出,即要大的功率输出.若用变压器作为集电极负载,并用变压器耦合把输出功率输给负载RL,其电路称为功率放大器.第四节电子技术常识四.多级放大电路(三)变压器耦合变压器具有变换阻抗的作用,把较小的实际负载电阻转换成为利于放大器正常工作的集电极电阻,即将小负载改变为较大阻值负载的作用.第四节电子技术常识四.多级放大电路(三)变压器耦合实际应用中,只要注意调整变压器的圈数比n就可使功率放大器得到一个最佳的负载.变压器变换阻抗的关系式

RL’=n2RL式中RL是实际负载,RL’是折合到变压器原边上负载的电阻值.第四节电子技术常识四.多级放大电路(三)变压器耦合n是变压器原边与副边圈数的比值.一般降压变压器中,原边的圈数总是大于副边圈数,故n总是大于1,RL’一定要比RL大.第五节电力系统和供电一.电力系统(一)电力系统概要

电力系统是由发电厂,送电线路,变电站,配电网和电力负荷组成的系统.是将生产,输送,消费电力的环节经电力网有机联结成的整体.发电厂将燃料的热能,水的位能或动能,核能等转换为电能.电力系统至少含有两个以上的发电厂.发电机输出的电压一般需要升压后送往送电线路.第五节电力系统和供电一.电力系统(一)电力系统概要

送电线路指电压35kV,35kV以上的电力线路.送电线路是电力系统的主要网络.其作用是将电输送到各个地区的区域变电站和大型企业的用户电站.送电线路分架空线路和电缆线路.第五节电力系统和供电一.电力系统(一)电力系统概要变电站构成电力系统的中间环节,用以汇集电源,升降电压和分配电力.可分为区域变电站(中心变电站)和用户变电站.

配电网由电压≤10kV的配电线路和相应电压等级的配电站组成.其作用是将电能分配到各个用户.配电线路也有架空线路与电缆线路之分.第五节电力系统和供电一.电力系统(一)电力系统概要

电力负荷包括国民经济各部门用电及人民生活用电的各种负荷.电力系统的规模仍保持扩大趋势.大型电力系统有以下优点:(1)不受地方负荷影响,可以增大单台机组的容量,而大容量机组比小容量机组效率高,经济性好.第五节电力系统和供电一.电力系统(一)电力系统概要大型电力系统有以下优点:(2)可充分利用不同地方的不同资源,减小运输费用,降低电能成本.(3)利用不同能源电厂的工作特点,合理分配负荷,使系统在经济合理的状态下运行.(4)在不降低供电可靠性的条件下,允许减少备用机组或减小备用机组的容量.第五节电力系统和供电一.电力系统(一)电力系统概要

电力系统的电压等级是根据国民经济发展的需要,根据经济上的合理性,根据电力设备的制造水平等因素确定.我国工频高压有6kV,10kV,35kV,110kV,220kV,500kV等多个等级;低压常用相的电压0.23kV(用电端220V),线电压0.4kV配电电压.第五节电力系统和供电(二)电能质量指标对供电系统,必须保证供电的连续可靠性,保证合格的供电质量,保证运行的安全性,稳定性和经济性,还要保证运行调度的灵活性.对电能质量,可列出电压及对称性,频率,波形,可靠性等指标.电压主要决定于系统中无功功率的平衡.无功不足,电压将偏低,电压指标由用户受电端电压与额定电压偏差的相对值来衡量.第五节电力系统和供电

(二)电能质量指标

电压偏差的相对值表示为式中UL:表示实际电压;UN:额定电压.用户电压太低有以下危害:(1)电动机起动困难甚至无法起动.(2)电动机转速下降,对于恒功率负载,电流增大,发热增加.第五节电力系统和供电(二)电能质量指标用户电压太低有以下危害:(3)用电设备达不到额定负载.(4)装有欠压电压保护的设备停机或不能起动.(5)灯具发光效率降低,气体放电灯起动困难或无法起动.(6)无线电设备工作质量下降.第五节电力系统和供电(二)电能质量指标用户电压太高有增加线路和设备发热,缩短其使用寿命等危害.用户供电电压允许变化范围见表2-1.三相电压不对称不得超过5%.各相电压应依次相差120º.电压波形为正弦波形.第五节电力系统和供电(二)电能质量指标

第五节电力系统和供电(二)电能质量指标频率主要决定于系统中有功功率的平衡,频率偏低,表示发电机出力不足,电力网频率允许偏差见下表.第五节电力系统和供电(二)电能质量指标频率主要决定于系统中有功功率的平衡,频率偏低,表示发电机出力不足,电力网频率允许偏差见下表.10kV系统每年停电应≤3次.第五节电力系统和供电二.企业供电

企业供电系统由高压配电线路,变电站,配电窒,低压配电线路等组成.企业供电系统决定于高压受电距离,企业总负荷的大小和负荷的分布,负荷的性质等因素.(一)负荷分级根据供电可靠性的要求及中断供电在政治上,经济上造成损失的大小或影响程度,用电负荷分为3级:第五节电力系统和供电二.企业供电(一)负荷分级负荷分为3级:(1)一级负荷.指中断供电将造成人身伤亡,或造成重大经济损失,或影响有重大政治意义,经济意义的用电单位的正常工作的负荷.其中,中断供电将发生中毒,爆炸和火灾等情况的负荷,应视为特别重要的一类负荷.第五节电力系统和供电二.企业供电(一)负荷分级负荷分为3级:(2)二级负荷.指中断供电将在政治上,经济上