当前位置:首页 >> 电子/电路 >>

电工学复习


电工学 总结与复习

电气与自动化工程学院 2010.12

徐晓冰

一、 电路及其分析方法
基本要求
1. 了解电路模型及理想电路元件的意义; 了解电路模型及理想电路元件的意义; 2. 理解电压、电流参考方向的意义; 理解电压、电流参考方向的意义; 3. 了解电源的有载工作、开路与短路状态,并能理解电 了解电源的有载工作、开路与短路状态, 功率和额定值的意义; 功率和额定值的意义; 4. 掌握 、L、C电路元件的伏安关系; 掌握R、 、 电路元件的伏安关系 电路元件的伏安关系; 5. 理解基尔霍夫定律并能正确应用; 理解基尔霍夫定律并能正确应用; 6. 掌握用支路电流法、叠加原理、戴维宁定理分析电路 掌握用支路电流法、叠加原理、 的方法; 的方法; 7. 了解实际电源的两种模型及其等效变换; 了解实际电源的两种模型及其等效变换; 8. 了解电路的暂态与稳态以及暂态过程的分析方法。 了解电路的暂态与稳态以及暂态过程的分析方法。
2

小结
以直流电路为研究对象,介绍电路的基本概念、 以直流电路为研究对象,介绍电路的基本概念、基 本定律和一些分析方法, 本定律和一些分析方法,但所涉及的原理和方法稍加扩 展便可应用于以后的章节,所以这些内容是学习本门课 展便可应用于以后的章节, 程式的基础。 程式的基础。 1. 电路的基本概念 电路的基本概念包括电路的作用与组成、电路的状态、电 电路的基本概念包括电路的作用与组成、电路的状态、 路模型、电压电流的参考方向、电位的概念及其计算等。 路模型、电压电流的参考方向、电位的概念及其计算等。 (1) 电路模型 ) 用理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。 用理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。所 电路元件是指即在一定条件下突出其主要的电磁性质, 谓 理想 电路元件是指即在一定条件下突出其主要的电磁性质, 而忽略其次要因素。 而忽略其次要因素。
3

(2) 电压、电流的参考方向 ) 电压、 在计算和分析电路时,必须任意选定某一方向为电压、 在计算和分析电路时,必须任意选定某一方向为电压、电流 的参考方向,或称正方向。 的参考方向,或称正方向。当选择的正方向与其实际方向一致时 则电压或电流为正值;反之,则为负值。 则电压或电流为正值;反之,则为负值。 注意:参考方向选定之后,电压、电流的正、负才有意义; 注意:参考方向选定之后,电压、电流的正、负才有意义; 在讨论某个元件的电压、电流关系时,常采用关联参考方向。 在讨论某个元件的电压、电流关系时,常采用关联参考方向。 (3) 电路中电位的概念 ) 由于电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压, 由于电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压,所 以电路电位的计算与电压的计算并无本质的区别。 以电路电位的计算与电压的计算并无本质的区别。但要注意电路 中某一点的电位与参考点的选取有关, 中某一点的电位与参考点的选取有关,而电路中某两点之间的电 压则与参考点无关。 压则与参考点无关。 (4) 电源的工作状态、开路与短路 ) 电源的工作状态、 学习时注意理解三种状态的特点及判断电路中某一元件处 4 于电源状态还是负载状态。 于电源状态还是负载状态。

(4) 电源的工作状态、开路与短路 ) 电源的工作状态、 负载的大小和增减是指负载消耗的功率的大小和增减,不 负载的大小和增减是指负载消耗的功率的大小和增减, 要误解为负载电阻阻值的大小和增减。 要误解为负载电阻阻值的大小和增减。 在一个完整的电路中,产生的功率与消耗的功率的相等。 在一个完整的电路中,产生的功率与消耗的功率的相等。 额定值表示电气设备正常的工作条件和工作能力,使用时 额定值表示电气设备正常的工作条件和工作能力, 应遵照额定值的规定,以免出现不正常的情况甚至发生事故。 应遵照额定值的规定,以免出现不正常的情况甚至发生事故。 2. 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律适用于由各种不同元件构成的电路中任一瞬 任何波形的电压和电流。 时、任何波形的电压和电流。 (1) 基尔霍夫电流定律(KCL),即 ∑I = 0,它反映了电 ) 基尔霍夫电流定律( ) , 路中某一结各支路电流间互相制约的关系。 路中某一结各支路电流间互相制约的关系。 KCL通常应用于结点,也可以推广应用到假设的封闭面。 通常应用于结点,也可以推广应用到假设的封闭面。 通常应用于结点 (2) 基尔霍夫电流定律(KVL),即 ∑U = 0,它反映了 ) 基尔霍夫电流定律( ) , 一回路中各段电压间互相制约的关系。 一回路中各段电压间互相制约的关系。
5

KVL除应用于闭合回路外,也可以 推广应用到 假 除应用于闭合回路外, 除应用于闭合回路外 想的闭合回路。 想的闭合回路。 3. 理想电路元件 理想电路元件 理想电路元件 学习这部分内容要注 意掌握每一种元件的 定义及其两端的电压、 定义及其两端的电压、 电流关系。 电流关系。

理想电源元件 理想电源元件 理 想 电 压 源 理 想 电 流 源

理想无源元件 理想无源元件 电 阻 R 电 感 L 电 容 C

6

(1) 理想电压源(恒压源) ) 理想电压源(恒压源) 特点:输出电压 是由它本身确定的定值,而输出电流I 身确定的定值 特点:输出电压U 是由它本身确定的定值,而输出电流 是任意的,是由输出电压和外电路决定。 是任意的,是由输出电压和外电路决定。 注意:与理想电压源并联的元件, 注意:与理想电压源并联的元件,其两端的电压等于理想 电压源的电压 电压。 电压源的电压。 (2) 理想电流源(恒流源) ) 理想电流源(恒流源) 特点:输出电流I 是由它本身确定的定值,而输出电压U是 身确定的定值 特点:输出电流 是由它本身确定的定值,而输出电压 是 任意的,是由输出电流和外电路决定。 任意的,是由输出电流和外电路决定。 注意:与理想电流源串联的元件, 注意:与理想电流源串联的元件,其电流等于理想电流 源 电流。 的电流。 (3) 无源元件 、L、C ) 无源元件R、 、 在电压、电流参考方向一致的前提下, 、 、 两端的电 在电压、电流参考方向一致的前提下, R、L、C两端的电 压、电流关系分别为
7

(3) 无源元件 、L、C ) 无源元件R、 、

u=Ri
R是耗 是耗 能元件

di u= L dt
L是储 是储 能元件

du i=C dt
C是储 是储 能元件

4. 电路分析方法 由于电路是由各种元件以一定的联接方式组成的,每一个 由于电路是由各种元件以一定的联接方式组成的, 元件要遵循它两端的电压电流关系伏安关系, 元件要遵循它两端的电压电流关系伏安关系,而与结点相联的 各条支路电流及回路中各部分电压分别受( 各条支路电流及回路中各部分电压分别受(KCL)和(KVL) ) ) 的约束。因此,基尔霍夫定律和元件的伏安关系是分析电路的 的约束。因此,基尔霍夫定律和元件的伏安关系是分析电路的 依据。 依据。 分析电路的方法有支路电流法 叠加原理、戴维宁定理等。 支路电流法、 分析电路的方法有支路电流法、叠加原理、戴维宁定理等。 在计算电路时选用哪一种方法应视要求解的问题及电路具 体结构和参数。 体结构和参数。
8

(1) 支路电流法 ) 支路电流法是以支路电流(电压)为求解对象, 支路电流法是以支路电流(电压)为求解对象,直接 应用KCL和KVL列出所需方程组 列出所需方程组, 应用KCL和KVL列出所需方程组,而后解出各支路电流 电压) 它是计算复杂电路最基本的方法。但是, (电压)。它是计算复杂电路最基本的方法。但是,当电 路中支路数较多时,联立求解的方程数也就较多, 路中支路数较多时,联立求解的方程数也就较多,因此计算过程 一般繁。 一般繁。所以只有当电路不是特别复杂而且又要求出 所有支路 电流(或电压) 才采用支路电流法。 电流(或电压)时,才采用支路电流法。 用支路电流法解题的步骤 假定各支路电流的参考方向; * 确定支路数 b ,假定各支路电流的参考方向; 应用KCL对结点 列方程 对结点A列方程 * 应用 对结点 对于有n个结点的电路, 方程式。 对于有 个结点的电路,只能列出 (n –1)个独立的 个结点的电路 个独立的KCL方程式。 方程式 应用KVL列出余下的 b – (n–1)方程; 方程; * 应用 列出余下的 方程 解方程组,求解出各支路电流。 * 解方程组,求解出各支路电流。
9

(2) 叠加原理 ) 在多个电源共同作用的线性电路中,某一支路的电 在多个电源共同作用的线性电路中,某一支路的电 线性电路中 电流)等于每个电源单独作用, 压(电流)等于每个电源单独作用, 在该支路上所产生的 电压(电流)的代数和。 电压(电流)的代数和。 计算功率时不能应用叠加原理。 不能应用叠加原理 计算功率时不能应用叠加原理。在叠加过程中 当电压源不作用时应视其短路, 当电压源不作用时应视其短路,而电流源不作 用时则应视其开路。但电源内阻仍需保留。 用时则应视其开路。但电源内阻仍需保留。 在应用叠加原理计算复杂电路时, 在应用叠加原理计算复杂电路时,由于每个电源单独作用 在电路中,因此使得电路较为简单。 在电路中,因此使得电路较为简单。但当原电路中电源数目较 多时,计算就变得很繁琐。所以, 多时,计算就变得很繁琐。所以,只有当电路的结构较为特殊 时才采用叠加原理来求解。 时才采用叠加原理来求解。 叠加原理的重要性不在于用它计算复杂电路, 叠加原理的重要性不在于用它计算复杂电路,而在于它是 分析线性电路的普遍原理。 分析线性电路的普遍原理。
10

注意

(3) 戴维宁定理 ) 任意线性有源二端网络 N,可以用一个恒压源与电阻 , 串联的支路等效代替。 串联的支路等效代替。其中恒压源的电动势等于有源二端 网络的开路电压, 网络的开路电压,串联电阻等于有源二端网络所有独立源 都不作用时由端钮看进去的等效电阻。 都不作用时由端钮看进去的等效电阻。 戴维宁定理是本书的重点之一,但不是难点。 戴维宁定理是本书的重点之一,但不是难点。 戴维宁定理把复杂的二端 网络用一个恒压源与电阻串联 的支路等效代替,从而使电路的分析得到简化。 的支路等效代替,从而使电路的分析得到简化。此法特别适用 于只需求解复杂电路中某一支路的电流(电压) 于只需求解复杂电路中某一支路的电流(电压),尤其是这一 支路的参数经常发生变化的情况。 支路的参数经常发生变化的情况。 运用戴维宁定理应注意: 运用戴维宁定理应注意: 戴维宁定理只适用于线性电路,但对网络外 戴维宁定理只适用于线性电路,但对网络外的电路没有任 何限制;等效是对外部电路而言的。 何限制;等效是对外部电路而言的。
11

(4) 电源模型的等效变换 ) 运用电源电压源与电流模型的等效变换也可以简化 电路的计算。 电路的计算。 电源模型等效变换的条件如下图: 电源模型等效变换的条件如下图: a 内阻改并联 + E + I I S= E_ R0 U RL IS R0 _ E= IS R0 b 内阻改串联 I U R0 R0 + U – RL

注意

电压源与电流源模型的等效变换关系仅 对外电路而言,至于电源内部则是不相等的。 对外电路而言,至于电源内部则是不相等的。
12

5. 电路的暂态分析 电路的暂态分析是对电路从一个稳定状态变化到另 定状态时中间经历的过渡状态的分析。 一个稳 定状态时中间经历的过渡状态的分析。 电路中产生暂态过程的原因是由于电路的接通、断开、 电路中产生暂态过程的原因是由于电路的接通、断开、短 路、电路参数改变等—即换路时,储能元件的能量不能跃变而 电路参数改变等 即换路时, 即换路时 产生的。 产生的。 (1) 换路定则与电压、电流初始值的确定 换路定则与电压、 换路定则用来确定暂态过程中电压、电流的初始值,其理 换路定则用来确定暂态过程中电压、电流的初始值, 论根据是能量不能跃变。 论根据是能量不能跃变。 在换路瞬间储能元件的能量不能跃变, 在换路瞬间储能元件的能量不能跃变,即
1 电感元件的储能 W L = Li L 2 2 1 = Cu C 2 2

不能跃变 不能跃变

电容元件的储能 W C

否则将使功率达到无穷大
13

为换路瞬间, 表示换路前的终了瞬间, 设 t = 0为换路瞬间,而以 t = 0–表示换路前的终了瞬间 为换路瞬间 t = 0+表示换路后的初始瞬间, 表示换路后的初始瞬间, 则换路定则用公式表示为: 则换路定则用公式表示为: iL(0+)= iL(0–) uC(0+)= uC(0–) 用公式表示为 电压与电流初始值的确定 * 作出 t = 0– 的等效电路,在此电路中,求出 L(0–)和uC(0– )。 的等效电路,在此电路中,求出i * 作出 t = 0+ 的等效电路 换路前,若储能元件没有储能, 的等效电路中, 换路前,若储能元件没有储能,则在 t = 0+的等效电路中, 可将电容短路,而将电感元件开路;若储能元件储有能量, 可将电容短路,而将电感元件开路;若储能元件储有能量,则 的等效电路中,电容可用电压为u 在 t = 0+的等效电路中,电容可用电压为 C(0+)的理想电压源 代替,电感元件则可用电流为i 的理想电流源代替。 代替,电感元件则可用电流为 L(0+)的理想电流源代替。 *在 t = 0+的等效电路中,求出待求电压和电流 的初始值。 在 的等效电路中, 的初始值。
14

(2) RC电路的响应 RC电路的响应 时将开关S合到 在t = 0时将开关 合到 的位置 时将开关 合到1的位置 根据KVL, t ≥ 0时电路 , 根据 时电路 的微分方程为 + U –

1 S t=0 2

i R C + uR – + uC –

设换路前电容元件已有储能,即uC(0+)= U0 ,解上述微 设换路前电容元件已有储能, 分方程, 分方程,得 t

duC U = Ri + uC = RC + uC dt

uC = U + (U 0 ? U )e

?

τ

τ = RC 单位是秒,所以称它为 电路的时间常数。 单位是秒,所以称它为RC电路的时间常数。 电路的时间常数
这种由外加激励和初始储能共同作用引起的响应, 这种由外加激励和初始储能共同作用引起的响应,称为 RC电路的全响应。 电路的全响应 电路的全响应。
15

若换路前电容元件没有储能, 若换路前电容元件没有储能,即uC(0+)= 0 ,则

uC = U ? Ue

?

t

τ

= U (1 ? e τ )

?

t

初始储能为零,由外加电源产生的响应,称为 电路的 初始储能为零,由外加电源产生的响应,称为RC电路的 零状态响应。 零状态响应。 uC随时间变化曲线 u U 0.632U uC uC由初始值零按指数规律向稳 态值增长, 态值增长,电路中其它各量要 具体分析才能确定。 具体分析才能确定。 t 时间常数 τ =RC 当 t = τ 时,uC =63.2%U
16

0

τ

若在t 时将开关S由 合到 合到2 若在 = 0时将开关 由1合到 时将开关 的位置,如右图。 的位置,如右图。这时电路中外 + 加激励为零,电路的响应由电容 U 加激励为零, – 的初始储能引起的, 的初始储能引起的,故常称为 RC电路的零输入响应。 电路的零输入响应 电路的零输入响应。

1 t=0

S 2

i R C + uR – + uC –

电容两端的电压uc由初始值U0向稳态值零衰减,这是电 电容两端的电压 由初始值 向稳态值零衰减, t 容的放电过程, 容的放电过程,其随时间变化表达式为 ?

uC = U 0e

τ

uC随时间变化曲线 u U0 0.368U0 0

在零输入响应电路中各电量均由初 零输入响应电路中各电量均由初 始值按指数规律向稳态值零衰减。 始值按指数规律向稳态值零衰减。 时间常数 τ =RC 当 t = τ 时, uC =36.8%U0
17

uC

τ

t

(3) 一阶电路暂态分析的三要素法 一阶电路暂态分析的三要素法 只含有一个储能元件或可等效为一个储能元件的 线性电路称为一阶电路,其微分方程都是一阶常系数 线性电路称为一阶电路 一阶电路, 线性微分方程。 线性微分方程。 一阶RC电路响应的表达式 一阶RC电路响应的表达式: 电路响应的表达式

uC ( t ) = uC (∞ ) + [uC (0+ ) ? uC (∞ )]e

?

t
t

τ
?

归纳为: 归纳为 f ( t ) = f ( ∞ ) + [ f ( 0+ ) ? f ( ∞ )]e 稳态值 初始值

τ

时间常数

在一阶电路中,只要求出待求量的稳态值、 在一阶电路中 只要求出待求量的稳态值、初始值和时 只要求出待求量的稳态值 这三个要素,就可以写出暂态过程的解。 间常数 τ 这三个要素,就可以写出暂态过程的解。
18

(4) RL电路的响应 RL电路的响应 RL电路的响应可以对照 电路来学习,例如两者的全响应: 电路的响应可以对照RC电路来学习 例如两者的全响应: 电路的响应可以对照 电路来学习,
? t ? t

uC ( t ) = U 0 e i L (t ) = I 0e
?

τ

+ U (1 ? e + I (1 ? e
?

τ

)

τ = RC

τ

t

τ

t

)

L τ= R
时间常数

零输入响应+零状态响应 全响应 = 零输入响应 零状态响应

19

例题分析
Α, [例1] 在图示电路中,已知 S = 10 Α, US=10 V,R1=6 ? ] 在图示电路中,已知I , R2= 4 ?, R3= 5 ?。求流过 R2 的电流 I 和理想电压源的功率。 和理想电压源的功率。 [解] 本例题由于电路结 构较特殊, 构较特殊,故可用多种方法 进行分析。 进行分析。 IS (1) 直接应用基尔霍夫定 ) 律和元件的伏安关系求解。 律和元件的伏安关系求解。 I R2 R1 I1 + US – R3

的电流为I 设流过电阻 R1 的电流为 1 构成的回路列写KVL方程式,有 方程式, 对R2 、 US 、 R1构成的回路列写 方程式 I R2 + US – I1 R1 = 0 其中 I1 = IS – I,故有 , I R2 + US – (IS – I ) R1 = 0 代入已知数据,解之, 代入已知数据,解之,得 I = 5 Α
20

[例1] 在图示电路中,已知 S=10 A, US=10 V,R1=6 ? ] 在图示电路中,已知I , , R2=4 ?, R3=5 ?。求流过 R2 的电流 和理想电压源的功率。 的电流I和理想电压源的功率 和理想电压源的功率。 [解] I (1) 直接应用基尔霍夫定 ) 律和元件的伏安关系 I I=5A + I1 U S – R2 I2 R3

S

R1

要计算理想电压源的功率,应首先求出流过它的电流。 要计算理想电压源的功率,应首先求出流过它的电流。 设流过理想电压源的电流为I 设流过理想电压源的电流为 2 根据KCL,可得 , 根据 I2 = I– (US / R3) 代入已知数据,解之, 代入已知数据,解之,得 I2 = 3A PUS = I2 US =30 W 吸收功率
21

[例1] 在图示电路中,已知 S=10 A, US=10 V,R1= 6 ? ] 在图示电路中,已知I , , R2=4 ?, R3=5 ?。求流过 R2 的电流 I 和理想电压源的功率。 和理想电压源的功率。 I [解] (2) 用电源模型等效 ) 变换的方法求解。 变换的方法求解。 R2 R3 R1 US 把理想电流源 IS 与 R1 的并 IS – 联等效变换为理想电压源 U 与 的串联, 电阻 R1 的串联,如下图 其中 U =IS R1 =10×6 = 60 V × I 对R2 、 US 、U、 R1构成的回路 、 列写KVL方程式,有 方程式, 列写 方程式 R2 R1 + R3 IR2 + US +U+ IR1 = 0 US + – U – 代入已知数据,解之, 代入已知数据,解之,得 I = 5 A 求解理想电压源的功率与解答( )相同。 求解理想电压源的功率与解答(1)相同。
22

+

[例1] 在图示电路中,已知 IS=10 A, US=10 V,R1=6 ? ] 在图示电路中, , , R2=4 ?, R3=5 ?。求流过 R2 的电流 I 和理想电压源的功率。 和理想电压源的功率。 I [解] (3) 用叠加原理求解。 ) 用叠加原理求解。 R2 与理想电压源并联, 由于 R3与理想电压源并联, + I R3 R1 US 它的存在不影响U 两端的电压, 它的存在不影响 S 两端的电压, S – 的电流时, 故在求通过 R2 的电流时,可把 它去除, 它去除,如下图 I 由叠加原理可知 US R1 R2 I=? + IS + R1 + R2 R1 + R2 IS R1 US – 代入已知数据,解之, 代入已知数据,解之,得 I = 5 A 注意:求解理想电压源的功率仍须回到原电路, 注意:求解理想电压源的功率仍须回到原电路,因为 本例也可作戴维宁定理求解, 本例也可作戴维宁定理求解,同样要 注意的是求解理想 R3的存在虽不影响 S两端的电压但影响流过 S的电流。 的存在虽不影响U 两端的电压但影响流过U 的电流。 23 电压源的功率仍须回到原电路。 电压源的功率仍须回到原电路。

时电路已处于稳态。 [例2] 图中,已知 C = 10 ?F ,t < 0 时电路已处于稳态。 ] 图中, 画出变化曲线。 用三要素法求 t ≥ 0 时的 uC(t),并画出变化曲线。 ) 先确定u [解] 先确定 C(0+)、uC(∞) ∞ 10k? ? 和时间常数τ + t=0 uC uC (0+ ) = uC (0? ) S – C 1mA 20k? ? 3 ?3 + = 20× 10 × 1× 10 ? 10 10V 10k? ? – = 10 V
10 uC ( ∞ ) = × 1 × 10 ? 3 × 20 × 10 3 ? 10 = ?5 V 10 + 10 + 20

20 × (10 + 10) R0 = = 10 ? 20 + (10 + 10)

τ = R0C = 10×103 ×10×10?6 = 0.1 S

24

时电路已处于稳态。 [例2] 图中,已知 C= 10 ?F ,t < 0时电路已处于稳态。 ] 图中, 时电路已处于稳态 画出变化曲线。 用三要素法求 t ≥ 0 时的 uC(t) ,并画出变化曲线。 ) [解] 10k? ? t=0 10k? ?
t

uC (0 + ) = uC (0 ? ) = 10V
uC ( ∞ ) = ?5 V

1mA

S

20k? ?

τ = 0.1 S

+ uC – + 10V – uC(t)变 ) 化曲线

C

uC = uC (∞ ) + [uC (0+ ) ? uC (∞ )]e τ
= ? 5 + [ 10 = ? 5 + 15 e ? ( ? 5 )] e
- 10 t t 0.1

uC(V) ) 10 0

V

t (S) )
25

–5

二、 交流电路
基本要求
1. 理解正弦交流电的三要素、相位差及有效值; 理解正弦交流电的三要素、相位差及有效值; 2. 掌握正弦交流电的各种表示方法及相互间的关系; 掌握正弦交流电的各种表示方法及相互间的关系; 3. 理解单一参数交流电路中电压与电流的相量关系,掌 理解单一参数交流电路中电压与电流的相量关系, 握简单交流电路的计算方法; 握简单交流电路的计算方法; 4. 掌握有功功率和功率因数的计算,了解瞬时功率、无 掌握有功功率和功率因数的计算,了解瞬时功率、 功功率、视在功率和提高功率因数的经济意义; 功功率、视在功率和提高功率因数的经济意义; 5. 掌握三相四线制电路中负载的正确联接,了解中线的 掌握三相四线制电路中负载的正确联接, 作用; 作用; 6. 掌握对称负载作星形和三角形联接时,线、相电压与 掌握对称负载作星形和三角形联接时, 相电流之间的关系,了解三相电路的有功功率。 线、相电流之间的关系,了解三相电路的有功功率。
26

1. 正弦量的三要素 (1) 变化快慢用频率 、周期 和角频率ω表示,三 ) 变化快慢用频率f、周期T和角频率 表示, 2π 者之间的关系为 ω = 2π f =

小结

T

(2) 大小用有效值表示。交流电的有效值是从交流电流与 ) 大小用有效值表示。 直流电流具有相等的热效应观点引出的

(3) ψ 为初相位,它随计时起点选取的不同而改变,两 ) 为初相位,它随计时起点选取的不同而改变, 个同频率正弦量的初相位之差称为相位差。 个同频率正弦量的初相位之差称为相位差。 是时间函数, 相位 (ω t + ψ ) 是时间函数,用来表示交流电 在不同 时 刻的变化进程。 刻的变化进程。
27

Im 正弦交流电的有效值与最大值的关系为 I = 2

1 T 2 I= ∫0 i d t T

2. 正弦量的表示方法 一个正弦量可以用三角函数式、正弦波形、 一个正弦量可以用三角函数式、正弦波形、相量 图和相量式四种表示方法。 图和相量式四种表示方法。 虽然用三角函数式和正弦波形表示正弦量比较直观, 虽然用三角函数式和正弦波形表示正弦量比较直观,但 是进行运算并不方便,所以,相量图或相量表示式是分析计 是进行运算并不方便,所以,相量图或相量表示式是分析计 算正弦交流电的主要工具。 算正弦交流电的主要工具。 正弦量的相量表示法就是用复数来表示正弦量。 正弦量的相量表示法就是用复数来表示正弦量。 复数来表示正弦量 注意: 注意: 只有正弦波形的电压、电流才能用相量表示, 只有正弦波形的电压、电流才能用相量表示,只有同频 率的正弦交流电才能进行相量运算。 率的正弦交流电才能进行相量运算。 相量是表示正弦交流电的复数, 表示正弦交流电的复数 相量是表示正弦交流电的复数,正弦交流电是时间的函 所以二者之间并不相等 不相等。 数,所以二者之间并不相等。
28

3. R、L、C单一参数的交流电路 单一参数的交流电路 任何复杂的交流电路都是由R 任何复杂的交流电路都是由 、L、C以不同的联接方式 以不同的联接方式 组成的,所以掌握它们在交流电路中的电压、 组成的,所以掌握它们在交流电路中的电压、电流关系是非 常重要的。 常重要的。 R、L、C 交流电路的主要结论 R 功 率 有功 功率 无功 功率 P =UI(W) ( ) Q=0 L P=0 C P=0

Q=UI (var) Q= – UI (var) ) )

29

R、L、C 交流电路的主要结论 R 一般关 系式 频率 电 压 电 流 关 系 设 电压 电流 参考 方向 相同 相位 有效值 相量式 相量图 复阻抗
?

L di u=L dt 相同 U = I XL
? ? ? ?

C i = C du dt 相同 U = I XC
? j XC I ?

U = iR 相同 同相 U=IR U= RI I
? ? ?

u 超前 90 ° u 滞后 90 ° 超前i 滞后i U = j XL I U = U I Z = j XL
?

I

U

U Z = –j XC XC =1/ ω C
30

?

Z=R

式中X 式中XL= ω L

4. R、L、C 串联的交流电路 电压与电流相量关系为 阻抗模
? U = R + j( X L ? X C ) = Z ? I

Z = R 2 + ( X L ? X C )2

路发生串联谐振。 XL = XC 是发生谐振的条件,由此得谐振频率 路发生串联谐振。 是发生谐振的条件,
f = f0 = 1 2 π LC

X L ? XC ? 为电压与电流之间的 ? = arctan 阻抗角 相位差角 R 为正,电路中电压超前电流,电路呈电感性; 当XL> XC ,? 为正,电路中电压超前电流,电路呈电感性; 为负,则电流超前电压,电路呈电容性; 当XL< XC ,? 为负,则电流超前电压,电路呈电容性; 当XL=XC ,? = 0,则电流与电压同相,电路呈电阻性,称电 ,则电流与电压同相,电路呈电阻性,

串联谐振时,阻抗最小, 串联谐振时,阻抗最小,电容的电压与电感的电压大小相 等相位相反。 等相位相反。
31

5. 阻抗的串联与并联 阻抗串、并联等效公式与电阻串、 阻抗串、并联等效公式与电阻串、并联等效公式 形式相同。 形式相同。 两个阻抗串联: 两个阻抗串联: Z = Z1 + Z 2 两个阻抗并联: 两个阻抗并联: 1 = 1 + 1

Z

Z1

Z2



Z1 Z 2 Z= Z1 + Z 2

但一 般

Z ≠ Z1 + Z 2

1 1 1 ≠ + Z Z1 Z 2
成立? 1 1 1 成立? = + Z Z1 Z 2
32

想一想: 想一想:什么条件下两阻抗串联 Z = Z1 + Z 2 两个阻抗并联

6. 三相电路 (1) 由三相电源供电的电路叫三相电路。当三相电 ) 由三相电源供电的电路叫三相电路。 源星形联接有中线时,可提供两种电压, 源星形联接有中线时,可提供两种电压,且线电压等于 当三相电源作三角形联接时,其线、 相电压的 3倍;当三相电源作三角形联接时,其线、相 电压相等。 电压相等。 (2) 三相负载星形联接 ) 三相负载星形联接 中线的作用是强 线、相电压之间的关系 迫电源的中性点与负 载中性点等电位, 载中性点等电位,从 U l = 3Up 负载对称 而使负载的相电压与 线电压超前与其相关 及不对称 电源相电压相等。 电源相电压相等。 联的两个相电压中超 联的两个相电压中超 但有中线 注意: 注意:通常三相 相的相电压 前相的相电压30o 不对称负载作星形 星形联 不对称负载作星形联 不对称且 接不允许没有中线。 接不允许没有中线。 不确定 无中线 三相负载星形联接 星形联接线 相电流相等。 三相负载星形联接线、相电流相等。 33

(3) 三相负载三角形联接 ) 三相负载三角形联接 线、相电流之间的关系

I l = 3Ip
负载对称 线电流滞后与其相关联的两个相 电流中滞后相的相电流30 滞后相的相电流 电流中滞后相的相电流 ο 不确定

负载不对称

三相负载三角形联接线 相电压相等。 三相负载三角形联接线、相电压相等。 三角形联接 (4) 三相有功功率等于每相功率之和。当三相负载对称时, ) 三相有功功率等于每相功率之和。当三相负载对称时, 三相有功功率为

P = 3U l I l cos ?

注意: 为负载相电压与相电流的相位差角。 注意:?角为负载相电压与相电流的相位差角。
34

例题分析

[例1] 电路如图所示,已知 = 3 ? 、XL=4 ?,电 ] 电路如图所示,已知R 源电压 u =17sin314t V 。求:(1) 容抗为何值(容抗不等 ) 容抗为何值( 于零) 闭合前后,电流的有效值不变, 于零)开关 S 闭合前后,电流的有效值不变,其值等于 多少? ) 容抗为何值,开关S闭合前电流 最大, 多少?(2) 容抗为何值,开关 闭合前电流 I 最大,这时 的电流是多少? 的电流是多少? [解] (1) 根据题意有 ) ? R 2 2 I + U – –
?

+ ? – + UR ? jXL U S L – –jX
C

Z = R + ( X L ? XC )

= R + XL
2

2

代入已知数据, 代入已知数据,解得

UC

?

+

Z = 5? XC = 8 ? I = 2.4 A

35

[例1] 电路如图所示,已知R = 3 ? 、XL=4 ?,电 ] 电路如图所示,已知 源电压 u =17sin314t V 。求:(1) 容抗为何值(容抗不等 ) 容抗为何值( 于零) 闭合前后,电流的有效值不变, 于零)开关 S 闭合前后,电流的有效值不变,其值等于 多少? ) 容抗为何值,开关S闭合前电流 最大, 多少?(2) 容抗为何值,开关 闭合前电流 I 最大,这时 的电流是多少? 的电流是多少? I + U – –
? ?

[解] (1) I = 2.4 A ) R + ? – + UR ? jXL U S L – –jX
C

(2) 开关闭合前,在电路 ) 开关闭合前, 发生谐振时,电路中电流最大, 发生谐振时,电路中电流最大, 阻抗最小, 阻抗最小,此时

XC=XL= 4 ?

UC

?

+

U = 17 / 2 = 4 A I= 3 Z
36

? [例2] 图示电路中,已知 1 = 10 A, ] 图示电路中,已知I , UL ? U1 = 100 V ,画出各电压、电流的相量 I1 画出各电压、 图并求出电压表和电流表的读数。 图并求出电压表和电流表的读数。 10A –j10 I? 10A ? A ? ? I + I1 + ? – I2 U2 ? +? ? 5? ? ? I2 U V U1 UR – 14.14A j5? ? –

U1 100V

?

在交流电路中, [解] 在交流电路中,电压表与 ? 电流表的读数是正弦量的有效值。 电流表的读数是正弦量的有效值。 U2

U 141.4V ? 作参考正弦量。 141.4V 选取 U 1作参考正弦量。根据各 元件电压与电流的相量关系及基尔霍夫定律, 元件电压与电流的相量关系及基尔霍夫定律,可得相量图 由相量图可知: 由相量图可知: 电流表读数是10A 作参考正弦量? 电流表读数是 ? 作参考正弦量? 想一想本例中为什么选取选取 U 1; 想一想本例中为什么选取选取10A; 电压表读数是141.4V。 电压表读数是141.4V。
37

?

的发电机, [例3] 某小水电站有一台额定容量为 kVA的发电机,额 ] 某小水电站有一台额定容量为10 的发电机 定电压为220 V,额定频率 50Hz,今接一感性负载,其 定电压为 ,额定频率f= ,今接一感性负载, 为8 kW,额定电压为 ,额定电压为220 V,功率因数 ?1=0.6,试问: ,功率因数cos ,试问: (1) 发电机的电流是否超过额定值? ) 发电机的电流是否超过额定值? (2) 若要把电路功率因数提高到 ) 若要把电路功率因数提高到0.95,需并多大的电容器? ,需并多大的电容器? (3) 并联电容后,发电机的电流是多大? ) 并联电容后,发电机的电流是多大? 的灯泡? (4) 并联电容后,发电机还可接多少只 ) 并联电容后,发电机还可接多少只220 V、40 W的灯泡 、 的灯泡 1) [解] (1) 发电机需提供的电流 I1 P 8000 I1 = = = 60.6 A U N cos ? 1 200 × 0.6 发电机额定电流 IN
S N 1000 IN = = = 45.45 A UN 220

发电机提供的电流超过了其额定值 IN,这种情况是 不允许的
38

[例3] 某小水电站有一台额定容量为10 kVA的发电机,额 ] 某小水电站有一台额定容量为 的发电机, 的发电机 定电压为220 V,额定频率 50Hz,今接一感性负载,其 定电压为 ,额定频率f= ,今接一感性负载, 为8 kW,额定电压为 ,额定电压为220 V,功率因数 ?1=0.6,试问: ,功率因数cos ,试问: (1) 发电机的电流是否超过额定值? ) 发电机的电流是否超过额定值? (2) 若要把电路功率因数提高到 ) 若要把电路功率因数提高到0.95,需并多大的电容器? ,需并多大的电容器? (3) 并联电容后,发电机的电流是多大? ) 并联电容后,发电机的电流是多大? 的灯泡? (4) 并联电容后,发电机还可接多少只 ) 并联电容后,发电机还可接多少只220 V、40 W的灯泡 、 的灯泡 2) [解] (2) cos ? 1 = 0.6

? 1 = 53.6° tan ? 1 = 1.33 cos ? = 0.95 ? = 18.2° tan ? = 0.329 C = P 2 (tan ? 1 ? tan ? ) ωU

8000 (1.33 ? 0.329) = 526 ?F = 314 × 220 (3)并联电容C后,发电机的电流 I )并联电容 后

I=

P = 8000 = 38.3 A U N cos ? 220 × 0.95

39

[例3] 某小水电站有一台额定容量为 例 某小水电站有一台额定容量为10kVA的发电机,额 的发电机, i 的发电机 i + iN D 定电压为220V,额定频率 其为8kW, 定电压为 ,额定频率f=50Hz,今接一感性负载 其为 ,今接一感性负载,其为 , i1 额定电压为220V,功率因数 ?1=0.6,试问: iC ,试问: 额定电压为 ,功率因数cos? u R (4) 并联电容后,发电机还可接多少只 并联电容后,发电机还可接多少只220V、40W的灯泡? 的灯泡? 、 的灯泡 C L [解] (4) 每盏灯的电流 ID1 – )

I D1

220 = = 0.182 A 40

IC

?

若接入N盏灯后, 若接入 盏灯后,发电机 盏灯后 输出电流正好等于I 输出电流正好等于 N,则

?

? ID

? ? ? IN = I + ID 2 I N = ( I D + I cos? )2 + ( I sin ? )2 ? 1 ID = 7.47 A N = ID/ ID1= 7.47/0.182 = 41盏 盏

? U ? IN I I1
?
40

?

? [例4] 三相对称电源 U AB = 380 /0° V,三相电阻炉 ] 每相负载R 额定电压380 V。接在 与N之间的单 每相负载 = 38 ?, 额定电压 。接在A与 之间的单 相电阻性 相电阻性负载 P =1100 W,试求各相电流和线电流,并计 ,试求各相电流和线电流, 算三相电路的 P。 。
? iA A iA R? iB iAB R R iBC iCA R

? [解] I AB

iR′
N B C

由于三相负载是对称的, 由于三相负载是对称的, 所以相电流大小相等、 所以相电流大小相等、相位互 差120?,由此可得 ,

? U AB = = 10 ∠0° A R

iC 由对称负载作三角形联接线、相电流的关系, 由对称负载作三角形联接线、相电流的关系,可得

? I BC = 10 ∠? 120° A ? I CA = 10 ∠120° A

? I A = 17.3 ∠? 30° A
? I C = 17.3 ∠? 270° A

? I B = 17.3 ∠? 150° A
41

? [例4] 三相对称电源 U AB = 380 /0° V,三相电阻炉 ] 每相负载R 额定电压380 V。接在 与N之间的单 每相负载 = 38 ?, 额定电压 。接在A与 之间的单 相电阻性 相电阻性负载 P =1100 W,试求各相电流和线电流,并计 ,试求各相电流和线电流, 算三相电路的 P。 。 iA? iA [解] 由已知 A iAB iCA ? U AB = 380∠0° V ? iR′ R R R ? R 可得 U AN = 220 ∠? 30° V N iB B iBC ? 故 I R′ = 5 ∠? 30° A C iC

?′ ? ? I A = I R′ + I A = 22.3 ∠? 30°A
电路的有功功率为 P = 1100+ 3×380 ×10 = 12.5 kW ×
42

三、 磁路和变压器
基本要求
1. 了解磁性材料的磁性能及磁路中的基本物理量; 了解磁性材料的磁性能及磁路中的基本物理量; 2. 了解分析磁路的基本定律; 了解分析磁路的基本定律; 3. 理解分析铁心线圈磁路中的电磁关系、电压电流关系。 理解分析铁心线圈磁路中的电磁关系、电压电流关系。 这一关系式; 特别掌握 U=4.44fN?m这一关系式; 4. 了解变压器的基本构造、工作原理、铭牌数据、外特 了解变压器的基本构造、工作原理、铭牌数据、 性和绕组的同极性端,掌握其电压、电流、阻抗的变换功能。 性和绕组的同极性端,掌握其电压、电流、阻抗的变换功能。 5. 了解电磁铁的吸力

43

小结
1. 磁路的基本物理量 磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率。 磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率。 2. 磁性材料的磁性能 高导磁性、磁饱和性、磁滞性。 高导磁性、磁饱和性、磁滞性。 3. 磁路基本定律
F Rm 磁通势: 单位: 磁通势:F=NI (单位:安)

磁路欧姆定律: 磁路欧姆定律: Φ =

l 磁路磁阻: 磁路磁阻: Rm = ?S

44

4. 交流铁心磁路 电磁关系: 电磁关系:

dΦ e = ?N dt u→ iN → → dΦ σ Φσ (漏磁通) → eσ = ? N 漏磁通) dt 重要公式: 重要公式: U = 4.44 f NBmS = 4.44 f N Φm
Φ (主磁通) → 主磁通)
功率损耗: 功率损耗: 铁心损耗 = 磁滞损耗+涡流损耗 磁滞损耗 涡流损耗 铜损: 铜损:线圈电阻产生的损耗 5. 变压器的工作原理 电压变换 阻抗变换
U1 N 1 = =K U2 N2

电流变换

I1 N2 1 = = I2 N1 K

|Z' | = K2 |ZL | L
45

6. 变压器的外特性和效率 对电阻性和感性负载, 增加而下降。 对电阻性和感性负载,U2 随 I2 增加而下降。

p2 p2 = 变压器的效率 η = p1 p 2 + ?PFe + ?PCu

7. 变压器的同极性端 根据变压器绕组的同极性端,正确连接变压器绕组。 根据变压器绕组的同极性端,正确连接变压器绕组。 8. 电磁铁 交流电磁铁的分磁环是为了消除衔铁的颤动。 交流电磁铁的分磁环是为了消除衔铁的颤动。 交流电磁铁在吸合过程中,随着气隙的减小,磁阻减小, 交流电磁铁在吸合过程中,随着气隙的减小,磁阻减小, 磁通增大、吸力随着增大。 磁通增大、吸力随着增大。

46

例题分析
[例1] 一台单相变压器,原方为两个绕组,额定电压均 ] 一台单相变压器,原方为两个绕组, 为110 V,试问电源电压为 ,试问电源电压为220 V时,如何连接?电源电压为 时 如何连接? 110 V时,如何连接? 时 如何连接? 电源电压为220 V [解] 电源电压为 A ? u X a ? x 电源电压为110 V 电源电压为 A X a x A X a x ? ?
47

? ?

u

[例2] 把一台 Hz、380 V的交流电磁铁接在 50 Hz、 ] 把一台50 、 的交流电磁铁接在 、 220 V的交流电源上,会出现什么问题?怎样解决? 的交流电源上, 的交流电源上 会出现什么问题?怎样解决? [解] 根据 U ≈ 4.44f NΦm

U↓→ Φm ↓ →F ↓ ↓→

吸力不足

减少N 减少

48

四、电动机
基本要求
1. 了解三相异步电动机的基本结构、转动原理、机械特性, 了解三相异步电动机的基本结构、转动原理、机械特性, 掌握起动和反转的方法,了解调速和制动的方法; 掌握起动和反转的方法,了解调速和制动的方法; 2. 理解三相异步电动机铭牌数据的意义; 理解三相异步电动机铭牌数据的意义; 3. 了解单相异步电动机的构造、原理和应用; 了解单相异步电动机的构造、原理和应用; 4. 了解直流电动机的基本构造和工作原理; 了解直流电动机的基本构造和工作原理; 5. 了解步进电动机的基本构造和转动原理。 了解步进电动机的基本构造和转动原理。

49

小结
1. 三相异步电动机的构造 三相异步电动机主要是由定子和转子组成。 三相异步电动机主要是由定子和转子组成。有笼 型转子和绕线型转子。 型转子和绕线型转子。 2. 三相异步电动机的转动原理

转差率

定子绕组通入对称三相电流→ 定子绕组通入对称三相电流→产生旋转磁场 n0 ? n 旋转磁场切割转子产生感应电动势和电流→ →旋转磁场切割转子产生感应电动势和电流→转 s = n0 子电流和旋转磁场作用产生电磁转矩→ 子电流和旋转磁场作用产生电磁转矩→电磁转矩 使转子转动。 使转子转动。 3. 三相异步电动机 的各物理量

f 2 = sf1

E2=E20s X 2 = sX 20

I2 =

sE 20
2 R2 + (sX 20 )2

cos ? 2 =

R2
2 R2 + ( sX 20 ) 2
50

4. 三相异步电动机的转矩公式 电磁转矩 T= KTΦ I2cos? 2

T = K

2 R 2U 1 2 R 2 + X 20 2

Tst = K

2 R 2U 1 2 R 2 + X 20 2

Tmax

2 U1 =K 2X 20

P2 T = 9 . 550 n

5. 三相异步电动机的起动、反转 三相异步电动机的起动、 直接起动:起动电流大,起动转矩小。 直接起动:起动电流大,起动转矩小。 Y—?换接、自耦变压器降压起动:起动电流小,起动转矩小。 起动: ?换接、自耦变压器降压起动 起动电流小,起动转矩小。 反转:改变电流通入的相序。 反转:改变电流通入的相序。 6. 三相异步电动机的调速、制动 三相异步电动机的调速、 调速 变频、变极调速适用于笼型电动机。 变频、变极调速适用于笼型电动机。 能耗制动和反接制动。 能耗制动和反接制动。
51

例题分析
[例1] 某三相异步电动机的额定数据为: ] 某三相异步电动机的额定数据为: nN=2825r/min PN= 0.75 kW,IN= 1.9 A,UN= 380 V,f1= , , , 50 Hz,cos ?N = 0.84, Y接。试求 (1)ηN及TN ;(2) 若 , , 接 ) ) 电源线电压为220 V,该电动机采用何种接法才能正常 电源线电压为 , 运转?此时的额定线电流为多少? 运转?此时的额定线电流为多少? [解] (1) 效率 转矩

ηN =

PN 3U N I N cos? N

= 0.714

PN TN = 9.55 = 2.54 N ? m nN
750 3 × 220 × 0.84 × 0.714

(2) UN = 220 V,电动机采用?接。 V,电动机采用?
I N? = = 3 .3 A
52

[例2] 某三相异步电动机的额定数据为: nN = ] 某三相异步电动机的额定数据为: 980r/min PN=45 kW, UN = 380 V, ηN =92%,f1=50 , , , Hz,cos ?N = 0.87,?接,起动电流倍数为 6.5 ,起动 , , 转矩倍数为 1.8。试求:(1) 直接起动时的起动电流和 。试求: ) 起动转矩; ) 起动转矩;(2) Y—?起动时的起动电流和起动转矩。 ?起动时的起动电流和起动转矩。 PN [解] (1) TN = 9.55 = 438.5 N ? m ) nN

IN =

PN 3U Nη N cos ? N

85.4 A

Tst = 1 . 8T N = 789 . 3 N ? m
(2) Y—?起动时 ) ?
T stY 1 = T st = 263 . 1 N ? m 3

I st = 6 .5 I N = 555 .2 A
1 = I st = 185 . 1 A 3
53

I stY

五、继电接触器控制系统
基本要求
1. 了解常用控制电器的基本结构、动作原理和控制作用; 了解常用控制电器的基本结构、动作原理和控制作用; 2. 掌握笼型电动机直接起动及正反转的控制线路,学会看 掌握笼型电动机直接起动及正反转的控制线路, 懂电路图并设计比较简单的继电接触器控制系统; 懂电路图并设计比较简单的继电接触器控制系统; 3. 了解行程控制和时间控制。 了解行程控制和时间控制。

小结
1. 常用控制电器 学习常用控制电器的结构要结合实物,选用时要注意: 学习常用控制电器的结构要结合实物,选用时要注意:组 合开关的极数、额定持续电流和电压等级;按钮的常开、 合开关的极数、额定持续电流和电压等级;按钮的常开、常闭 触点的数量;接触器额定电流、线圈的电压和触点和数量, 触点的数量;接触器额定电流、线圈的电压和触点和数量,还 要区分是交流还是直流;热继电器的整定电流; 要区分是交流还是直流;热继电器的整定电流;熔断器的结构 和熔丝的额定电流。 和熔丝的额定电流。
54

2. 笼型电动机的控制线路 利用刀开关、 利用刀开关、组合开关或断路器可以对电动机实现 手动控制。 手动控制。 利用按钮、 利用按钮、交流接触器和中间继电器可以对电动机 实现点动、起停、正反转等控制。 实现点动、起停、正反转等控制。 对于笼型电动机的基本控制线路,如电动机的点动、长动、 对于笼型电动机的基本控制线路,如电动机的点动、长动、 以及正、反转控制等必须掌握。在看电气原理图时, 以及正、反转控制等必须掌握。在看电气原理图时,要分清主 电路和控制电路。主电路从电源到电动机,其中接有开关、 电路和控制电路。主电路从电源到电动机,其中接有开关、熔 断器、接触器的主触点、热继电器的发热元件等; 断器、接触器的主触点、热继电器的发热元件等;控制电路中 接有按钮、接触器的线圈和辅助触点、 接有按钮、接触器的线圈和辅助触点、热继电器的常闭触点及 其它电器的触点和线圈。 其它电器的触点和线圈。 在电气原理图中,同一电气的各部件(如触点和线圈) 在电气原理图中,同一电气的各部件(如触点和线圈)是 分散的,为了识别起见,它们用同一文字符号表示。 分散的,为了识别起见,它们用同一文字符号表示。
55

3. 热继电器和熔断器是保护电器,在笼型电动机的控 热继电器和熔断器是保护电器, 制线路中,熔断器起短路保护作用, 制线路中,熔断器起短路保护作用,热继电器起过载 保护作用。此外, 保护作用。此外,交流接触器还可以起失压和欠压保 护作用。 护作用。 4. 继电接触器控制电路的设计 从主电路到控制电路按控制要求进行设计。 从主电路到控制电路按控制要求进行设计。 常见的错误有: 常见的错误有: (1) 将控制电路电源线接在接触器的主触点下面; ) 将控制电路电源线接在接触器的主触点下面; (2) 将接触器或继电器的线圈相串联; ) 将接触器或继电器的线圈相串联; (3) 将接触器触点与线圈并联,造成控制线路电源线短路; ) 将接触器触点与线圈并联,造成控制线路电源线短路; (4) 控制电路未能全部满足设计要求,如无短路、过载保护; ) 控制电路未能全部满足设计要求,如无短路、过载保护; (5) 各种控制电器符号用错; ) 各种控制电器符号用错;
56

例题分析
[例1] ] 指出图示电路中的错误,并改正。 指出图示电路中的错误,并改正。

??
FU Q Q FU

×

FR

[解]

图示电路中的错误有: 图示电路中的错误有:

× 1 1 × M 3~
SB1 SB2 KM

应在Q之下 (1) FU应在 之下; ) 应在 之下; (2) “1”应在 应在KM主触点之上; 主触点之上; ) 1 应在 主触点之上 (3) KM辅助触点应与SB2并 ) 辅助触点应与 联; (4) 热继电器常闭触点应与 ) 串联在控制电路中。 串联在控制电路中。

2
KM FR

×

KM

57

[例2] 按下图做实验时,将开关 合上后按下起 ] 按下图做实验时,将开关Q合上后按下起 动按钮SB 发现有下列现象: ) 接触器KM不动作; 不动作; 动按钮 2,发现有下列现象:(1) 接触器 不动作 动作, (2) 接触器 ) 接触器KM动作,但电动机不转 动; (3) 电动机 转 动作 ) 不转; ) 接触器动作, 动,但一松手电动机 就 不转; (4) 接触器动作,但吸 合不上; ) 接触器触点有明显颤动,噪音较大; ) 合不上; (5) 接触器触点有明显颤动,噪音较大; (6) 接触器线圈冒烟甚至损坏; ) 接触器线圈冒烟甚至损坏; (7) 电动机不转动或者转得 极慢,并有“嗡嗡声” 极慢,并有“嗡嗡声”。 ?? [解] (1) KM不动作可 ) 不动作可 FR 能故障如下: 能故障如下: Q 三相电源无电; ① 三相电源无电; FU KM ② KM线圈所接的三相电 线圈所接的三相电 SB1 SB2 源中熔丝已断; 源中熔丝已断; ③ FR的常闭触点动作后 的常闭触点动作后 KM KM 未复位; 未复位; FR 接触不良; ④ SB2接触不良; ⑤ 控制电路中电器元件的接线端 M 3~ 接触不良或联接导线端有松动。 接触不良或联接导线端有松动。 58

[例2] ]

??

动作, [解] (2) KM动作,但电动机不转动的故 ) 动作 障可能有以下几种: 问题在主电路) 障可能有以下几种:(问题在主电路)
FR KM

Q FU SB1

SB2 KM

接触器的主触点已坏; ① 接触器的主触点已坏; ② 从KM的主触点到电动 的主触点到电动 机之间的导线有断线处或 接线端接触不良; 接线端接触不良; ③ 电动机已损坏。 电动机已损坏。

KM FR

M 3~

转动,但一松手电动机 (3) 电动机 转动 但一松手电动机 就 不转其原因是 ) 自锁触点未接上或该段电路有断损和接触不良之处。 自锁触点未接上或该段电路有断损和接触不良之处。

电压过低, (4) 接触器动作,但吸合不上,主要因为电压过低,也可 ) 接触器动作,但吸合不上,主要因为电压过低 能因某种机槭故障造成的。 能因某种机槭故障造成的。 某种机槭故障造成的 (5) 接触器触点有明显颤动,主要由于铁心端面的短路环 ) 接触器触点有明显颤动,主要由于铁心端面的短路环 断裂所致,也可能由于电压过低 吸力不够。 电压过低, 断裂所致,也可能由于电压过低,吸力不够。 59

[例2] ]

??
Q FU SB1 FR

[解] (6) 接触器线圈 ) 冒烟甚至损坏,其原因有: 冒烟甚至损坏,其原因有: 电压过高; ① 电压过高; 由于( ) ② 由于(4) 中原因接 触器吸合不上, 触器吸合不上,导致线 圈过热而烧坏。 圈过热而烧坏。

SB2 KM

KM

KM FR

M 3~

(7) 电动机不转动或者转得极慢,并有“嗡嗡声”,是 ) 电动机不转动或者转得极慢,并有“嗡嗡声” 由于某种原因而造成电动机单相起动所致 某种原因而造成电动机单相起动所致。 由于某种原因而造成电动机单相起动所致。
60

[例3] 试分析图示电路,说明电动机 1和M2之 ] 试分析图示电路,说明电动机M 间起动、停止的顺序关系,并问电动机M 间起动、停止的顺序关系,并问电动机 1可否单独 运行? 过载后M 能否继续运行? 运行?M1过载后 2 能否继续运行? 起动后M 才能起动; 停止后M 才能停止; [解] M1起动后 2才能起动;M2停止后 1才能停止; M1 过载后, M2不能运行;M1可以单独运行。 过载后, 不能运行; 可以单独运行。
SB1 SB2 KM1 FR1 KM2 KM1 SB4 KM1 KM2

Q FU1
KM1 FR1 KM2 FR2

FU2

KM2 FR2
61

M1 3~

M2 3~

SB3

[例4] 某机床主轴由一台笼型电动机带动,润滑油 ] 某机床主轴由一台笼型电动机带动, 泵由另一台电动机带动。今要求: ) 泵由另一台电动机带动。今要求: (1) 主轴必须在油泵开 动后才能起动; ) 主轴要求能用电器实现正反转, 动后才能起动;(2) 主轴要求能用电器实现正反转,并能 单独停车; ) 有短路、零压及过载保护。 单独停车;(3) 有短路、零压及过载保护。试绘出主电路 和控制电路。 和控制电路。 ? [ 解 ] 设 M1 为 带 ? 动主轴的笼型电动机, 动主轴的笼型电动机, Q1 Q M2为 带 动油泵 的笼 FU FU1 型电动机。 型电动机。 主 电 路
KM KMF KMR FR FR1 M1 3~ M2 3~
62

要求: ) 主轴必须在油泵开动后才能起动; 要求:(1) 主轴必须在油泵开动后才能起动; (2) 主轴要求能用电器实现正反转,并能单独停车; ) 主轴要求能用电器实现正反转,并能单独停车; (3) 有短路、零压及过载保护。试绘出主电路和控制电路。 ) 有短路、零压及过载保护。试绘出主电路和控制电路。
SB FR1 FR SB1 KM KMF SBR KMF KMR SBF KMR KMF

控 制 电 路

SB2

KMR

KM

KM

63

六、半导体二极管和三极管
基本要求
1. 了解 结的单向导电性; 了解PN结的单向导电性 结的单向导电性; 2. 了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造,理解它们 了解二极管、稳压管和晶体管的基本构造, 的工作原理、特性曲线和主要参数的意义; 的工作原理、特性曲线和主要参数的意义; 3. 理解晶体管的电流分配和放大作用。 理解晶体管的电流分配和放大作用。

小结
本章主要介绍了两种最常用的半导体器件:半导体二极管 本章主要介绍了两种最常用的半导体器件 半导体二极管 和三极管。 和三极管。 二极管和三极管的基本结构、工作原理、 二极管和三极管的基本结构、工作原理、特性和参数是 学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础。 学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础。
64

1. 半导体二极管具有单向导电性,当外加正向电压 半导体二极管具有单向导电性, 超过死区电压时,电流增大很快,二极管导通; 超过死区电压时,电流增大很快,二极管导通;当外加反 向电压时,反向电流很小,二极管截止。二极管主要参数 向电压时,反向电流很小,二极管截止。二极管主要参数 最大整流电流I 反向工作峰值电压U 有:最大整流电流 OM 、反向工作峰值电压 RWM和反向 峰值电流I 峰值电流 RM 。 2. 稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管,与普 稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管, 通二极管不同的是反向特性曲线比较陡 而且击穿是可逆的。 反向特性曲线比较陡, 通二极管不同的是反向特性曲线比较陡,而且击穿是可逆的。 稳压管主要参数有稳定电压 主要参数有稳定电压U 稳压管主要参数有稳定电压 Z 、动态电阻 rZ 、稳定电流 IZ 等。 3. 晶体管有三种工作状态,要使晶体管工作在放大状态, 晶体管有三种工作状态,要使晶体管工作在放大状态, 发射结必须正向偏置,而集电结必须反向偏置。 发射结必须正向偏置,而集电结必须反向偏置。晶体管的特性 曲线能反映晶体管的性能,是分析放大电路的重要依据。 曲线能反映晶体管的性能,是分析放大电路的重要依据。晶体 体管优劣的指标, 管的参数中β、ICBO 、 ICBO是表明晶 体管优劣的指标, ICM 、 U(BR)CEO 、 PCM是极限参数,用来说明晶体管的使用限制。 是极限参数,用来说明晶体管的使用限制。
65

例题分析
[例1] 下图是二极管限幅电路,二极管 的正向压降可 ] 下图是二极管限幅电路,二极管D的正向压降可 忽略不计, 忽略不计,ui = 6 sinω t V, E= 3 V,试画出 uo 波形 。 , , R + ui / V + 6 D
3

ui ? [解]

E 3V

uo ?

0

π



ωt

uo /V 正半周, 在ui正半周,且ui > E时, 3 时
0 –6
66

D导通,uo =E = 3 V;在ui正半周, 导通, 正半周, 导通 ; 负半周时, 但ui < E 及 ui 负半周时,D 均截 止, uo = ui 。

π



ωt

[例 2] 一个晶体管接在电路中,今测得它各管 ] 一个晶体管接在电路中, 脚对“ 的电位分别为: 脚对“地”的电位分别为:1 脚V1=3.6 V,2 脚V2= 3 V, , , 3 脚V3=9 V。 。 试判别管子的三个电极,并说明是硅管还是锗管? 试判别管子的三个电极,并说明是硅管还是锗管?是 NPN型还是 型还是PNP型? 型还是 型 型管, [解] 对NPN型管,集电极电位最高,发射极电位最低, 型管 集电极电位最高,发射极电位最低, UBE >0,且硅管的UBE 约为0.6 — 0.7V,由此可知,该晶体 ,且硅管的 约为 ,由此可知, 管为NPN型硅管,1脚为基极 , 2脚为发射极 ,3脚为集电 型硅管, 脚为基极 脚为基极B, 脚为发射极 脚为发射极E, 脚为集电 管为 型硅管 极C。 。

67

七、 交流放大电路
基本要求
1. 理解共发射极基本放大电路的组成和工作原理、掌 理解共发射极基本放大电路的组成和工作原理、 握静态工作点的估算、掌握微变等效电路分析、 握静态工作点的估算、掌握微变等效电路分析、了解图解 分析法; 分析法; 2. 理解分压式偏置放大电路稳定静态工作点的原理、掌 理解分压式偏置放大电路稳定静态工作点的原理、 握静态工作点的估算及微变等效电路分析法; 握静态工作点的估算及微变等效电路分析法; 3. 理解射极输出器的基本特点和用途; 理解射极输出器的基本特点和用途; 4. 了解差分放大电路的工作原理及差模信号和共模信号 的概念; 的概念;

68

小结
1. 共发射极基本交流放大电路 . 估算静态值: 估算静态值 +UCC RB C1 + ui
?

RC iB + uBE
?

U CC ? U BE U CC IB = ≈ RB RB

iC

+

C2 + + T uCE
?

+ RL uo
?

IC ≈ β IB

U CE = U CC ? RC I C

RS + es
?

还可用图解法确定静态值, 图解法确定静态值的步 还可用图解法确定静态值,用图解法确定静态值的步 图解法确定静态值 骤是:在晶体管的输出特性曲线上作直流负载线→ 骤是:在晶体管的输出特性曲线上作直流负载线→由直流 通路求出偏流I 得出静态工作点→找出静态值 静态工作点 静态值。 通路求出偏流 B →得出静态工作点→找出静态值。 一般通过改变R 的阻值来调解静态工作点 工作点。 一般通过改变 B的阻值来调解静态工作点。 69

用放大电路的微变等效电路计算 用放大电路的微变等效电路计算 Au, ri 和 ro 。 ? ′ ? RL ? Ic Ib Ii C B RS +
? Es

+ RB ? rbe

+

? βI b
E

RC

RL

? Uo
?

?

′ RL Au = ? β rbe

式中 R L = R C // R L ′
rbe ≈ 200 (? ) + ( β + 1) 26 (mV ) I E (mA )

ri = RB //rbe ≈ rbe

ro ≈ RC
70

2. 分压式偏置放大电路 满足 I 2 >> I B 和 VB >> U BE 两个条件,静态工作点才 两个条件,静态工作点才 能基本稳定。 能基本稳定。 +UCC C1 + ui
?

RS 可认为V 可认为 B与晶体管的 + 参数无关,不受温度 es 参数无关, 影响,而仅为R 影响,而仅为 B1和RB2 ? 的分压电路所固定。 的分压电路所固定。

RB2 VB ≈ U CC RB1 + RB2

+

RB1 iB

RC iC + uBE

+

C2 + RL
+

+ T uCE
?

RB2

RE

?

uo
?

CE

VB ? U BE VB IC ≈ IE = ≈ RE RE

分压式偏置放大电路

IC IB = β U CE ≈ U CC ? I C ( RC + RE )
71

用微变等效电路计算Au, ri 和 ro 。 微变等效电路计算 ? ? ? Ic Ib Ii C B RS +
? Es

+ RB1 ? RB2 rbe

+

? βI b
E

RC

RL

? Uo
?

?

′ RL Au = ? β rbe

式中

′ R L = R C // R L

ri = RB1 //RB2 //rbe ≈ rbe

ro ≈ RC
72

3. 射极输出器 静态值的计算 C1 RS + es
?

RB +

+UCC iB + uBE
?

U CC ? U BE IB = RB + (1 + β ) RE

+ T uCE iE + C2 RL
?

+ ui
?

I E = (1 + β ) I B
U CE = U CC ? RE I E

RE
射极输出器

+ uo
?

用微变等效电路计算Au, ri 和 ro 。 微变等效电路计算
Au =

′ ri = RB // [rbe + (1 + β ) RL ]

′ (1 + β ) RL ′ rbe + (1 + β ) RL

式中

′ RL = RE // RL
′ rbe + RS

ro ≈

β

式中

′ RS = RS // RB

73

? Ii
RS +
? Es

? Ib
rbe RB

B E

? Ic C
? βI b
+? Uo ?

+

? Ie
RE RL

?

?

射极输出器的主要特点是:电压放大倍数接近 ; 射极输出器的主要特点是:电压放大倍数接近1;输入 电阻高;输出电阻低。因此, 电阻高;输出电阻低。因此,它常被用作多级放大电路的输 入级或输出级。 入级或输出级。

74

4. 差分放大电路 (1) 差分放大电路 ) 是抑制零点漂移的最有 效的电路, 效的电路,对右图所示 双端输出的差分放大 的双端输出的差分放大 电路主要靠电路的对称 电路主要靠电路的对称 性抑制零点漂移。 性抑制零点漂移。 RC + uO ? RB + iB iC T1 iE RP T 2 iE iC RB iB RC

+UCC

+

(2) 由于电路不 ui1 ui2 RE 可能完全对称, 可能完全对称,在单 EE ? ? 端输出(即从一个管子 端输出 即从一个管子 的集电极输出)时 的集电极输出 时, 不能再靠电路对称来抑制零点漂移, 不能再靠电路对称来抑制零点漂移,为此加了发射极电阻 RE 和 能区别对待差模信号和共模信号, 负电源 EE, RE 能区别对待差模信号和共模信号,它对共模信 号有很强的负反馈作用,从而进一步抑制零点漂移, 号有很强的负反馈作用,从而进一步抑制零点漂移,而对差模 信号没有影响,不影响差模电压放大倍数。 信号没有影响,不影响差模电压放大倍数。
75

双端输入—双端输出差分电路的差模电压放大倍数为 双端输入 双端输出差分电路的差模电压放大倍数为
uo βRC Ad = = Ad 1 = ? ui1 ? ui2 RB + rbe

当在两管的集电极之间接入负载电阻时, 当在两管的集电极之间接入负载电阻时, ′ βRL
Ad = ? RB + rbe

1 RL 式中 2 两输入端之间的差模输入电阻为 ′ RL = RC //

ri = 2( RB + rbe )

两集电极之间的差模输出电阻为
ro ≈ 2 RC

共模抑制比

K CMRR

Ad = Ac

76

八、运算放大器
基本要求
1. 了解集成运算放大器的基本组成及其主要参数的意义; 了解集成运算放大器的基本组成及其主要参数的意义; 2. 理解运算放大器的电压传输特性,理解理想运放并掌握 理解运算放大器的电压传输特性, 其基本分析方法; 其基本分析方法; 3. 理解用运放组成的比例、加减等电路的工作原理,了解 理解用运放组成的比例、加减等电路的工作原理, 有源滤波及正弦波振荡电路的工作原理; 有源滤波及正弦波振荡电路的工作原理; 4. 了解电压比较器的工作原理和应用; 了解电压比较器的工作原理和应用; 5. 理解反馈的概念,了解负反馈的类型及其对放大电路性 理解反馈的概念, 能的影响。 能的影响。
77

小结
运算放大器是模拟电子电路的重点,其应用已非常普遍。 运算放大器是模拟电子电路的重点,其应用已非常普遍。 1. 集成运放是具有高开环电压放大倍数、高输入电阻 集成运放是具有高开环电压放大倍数、 和低输出电阻的多级直接耦合集成放大电路。 和低输出电阻的多级直接耦合集成放大电路。 2. 运算放大器理想化的主要条件: 运算放大器理想化的主要条件: (1) 开环电压放大倍数为无穷大; ) 开环电压放大倍数为无穷大; (2) 开环输入电阻为无穷大; ) 开环输入电阻为无穷大; (3) 开环输出电阻为零; ) 开环输出电阻为零; (4) 共模抑制比为无穷大。 ) 共模抑制比为无穷大。 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件, 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件,而用 理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 理想运算放大器分析电路可使问题大大简化,因此后面对 运 算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。 算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
78

3. 运算放大器电压传输特性及分析依据 电压传输特性 UO(sat) –Uim o Uim uo 正饱和区 (1) 运放工作在线性区分析依据

u +≈ u –

id ≈ 0

运放要工作在线性区必须引入负反馈

–UO(sat) 负饱和区

(2) 运放工作在饱和区分析依据 线性区 非线性区) (非线性区) id ≈ 0 依然成立 ( u+ ? u? ) u+≈ u– 不再成立 当 u+ > u? u0 = +U 0(sat)

u+ < u? uo = ?U 0(sat) u+ = u? uo 发生跃变

运算放大器在信号运算、处理或产生方面都有广泛的应用, 运算放大器在信号运算、处理或产生方面都有广泛的应用, 但就其工作状态而言,它无非工作在线性区或非线性区。因此, 但就其工作状态而言,它无非工作在线性区或非线性区。因此, 掌握运放工作在线性区与非线性区的依据是至关重要的。 掌握运放工作在线性区与非线性区的依据是至关重要的。
79

4. 反馈 由于运算放大器的开环电压放大倍数很高 运算放大器的开环电压放大倍数很高, 由于运算放大器的开环电压放大倍数很高,当它工 作在线性区时必须引入深度负反馈。因此,它的输出与 作在线性区时必须引入深度负反馈 因此, 深度负反馈。 输入之间的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 与参数,而与运放本身的参数关系不大。 与参数,而与运放本身的参数关系不大。改变输入电路 和反馈电路的结构和形式,就可以实现不同的运算。 和反馈电路的结构和形式,就可以实现不同的运算。 负反馈的类型有: 负反馈的类型有: 电压串联负反馈;电压并联负反馈; 电压串联负反馈;电压并联负反馈; 电流串联负反馈;电流并联负反馈。 电流串联负反馈;电流并联负反馈。

判别方法: 判别方法: 反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈; * 反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈; 从负载电阻靠近“ 端引出的,是电流反馈; 从负载电阻靠近“地”端引出的,是电流反馈; 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端,是串联反馈; * 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端,是串联反馈; 加在同一输入端的是并联反馈; 加在同一输入端的是并联反馈; 反馈信号使净输入信号减小的,是负反馈。 * 反馈信号使净输入信号减小的,是负反馈。
80

4. 反馈 负反馈的对放大电路工作性能的影响: 负反馈的对放大电路工作性能的影响: 提高放大电路的稳定性; * 提高放大电路的稳定性; 改善波形失真; * 改善波形失真; * 对输入电阻和输出电阻的影响 电压反馈使输出电阻降低; 电流反馈使输出电阻增高; 电压反馈使输出电阻降低; 电流反馈使输出电阻增高; 串联反馈使输入电阻增高; 串联反馈使输入电阻增高; 并联反馈使输入电阻降低; 并联反馈使输入电阻降低; 5. 电压比较器 电压比较器的作用是用来比较输入电压和参考电压, 电压比较器的作用是用来比较输入电压和参考电压,本教材 中所介绍的比较器均工作于开环状态,即运放工作在非线性区。 中所介绍的比较器均工作于开环状态,即运放工作在非线性区。 加在运算放大器的反相输入端、 若ui加在运算放大器的反相输入端、 UR加在运算放大器 同相输入端,则 同相输入端, 当 ui<UR 时,uo= + Uo(sat); ui>UR 时,uo= – Uo(sat) ; 当 发生跃变。 当 ui=UR 时,uo发生跃变。
81

6. RC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路 振荡电路由放大电路、反馈电路和选频电路三部分组成。 振荡电路由放大电路、反馈电路和选频电路三部分组成。

振荡的条件: 振荡的条件:

AuF = 1

在起振时,应使 在起振时,应使|AuF | > 1。随着振荡幅度加大, |Au |自 。随着振荡幅度加大, 自 动减小,直到满足|A 动减小,直到满足 uF | = 1。 。 1 f = f0 = 振荡频率 2πRC

82

例题分析
[例1] 电路如图示。已知 1=20k?, R2=10k?, ] 电路如图示。已知R ? ? R3=12k?, RF1= 30 k? ,RF2=40 k?, R4= 8 k?,当 ? ? ? ? ui = 1 V时,求uo。 时 RF1 RF2 R1 + ui – R3 [解] u01 = ? R2 – + + uo1 R 4 – +

+ u o2 + uo –

RF1 ui = ?1.5ui R1 R R R u02 = (1 + F2 )u01 = ?(1 + F2 ) F1 ui = ?7.5ui R2 R2 R1

u0 = u02 ? u01 = ?7.5ui ? ( ?1.5ui ) = ?6ui
当 ui = 1V uo = – 6 V

83

[例2] 电路如图示。已知 RF1= RF2= 10 k? ,Rw2= 0 ] 电路如图示。 ? ?4 k?,Rw1= 1 k? , R=1 k? , RF3= 2 k? 计算该电路 ? ? ? ? 的放大倍数范围。 的放大倍数范围。 [解] 本例可应用分析 运放 工作在线性区时的依据求得解答。 工作在线性区时的依据求得解答。 Ui1 + A1 U01 R RF3 即 u + ≈ u ? id ≈ 0 – + Ui1 RF1 U i1 ? U i 2 故有 I W = IF1=0 Rw1 IW RW1 + RW2 A3 – U0 Rw2 同时 IF2=0 + + Ui2 Ui2 – A2 + + U02 RF2 R RF3

IW

U o1 ? U o2 = RF1 + RW1 + RW2 + RF2
U o1 ? U o2 R + RF 2 ) = (1 + F1 U i1 ? U i2 R W 1 + RW 2
84

由此可得
Au1 =

[例2] 电路如图示。已知 RF1=RF2=10k? , ] 电路如图示。 ? Rw2=0?4k?,Rw1=1k? , R=1k? , RF3=2k? 计算该 ? ? ? ? ? 电路的放大倍数范围。 电路的放大倍数范围。 Ui1 Ui1 [解] + A1 U01 R – + RF1 IF1=0 Rw1 IF2=0 Rw2 Ui2 Ui2 – A2 + + U02 RF2 R RF3 IW RF3

IW

U i1 ? U i 2 = RW1 + RW2

IW
– A3 + + U0

U o1 ? U o2 = RF1 + RW1 + RW2 + RF2
由此可得

U o1 ? U o2 RF1 + RF 2 Au1 = ) = (1 + U i1 ? U i2 RW 1 + RW 2 Uo R Au 2 = = ? F3 U o1 ? U o2 R

Au = Au1 ? Au 2

RF1 + RF 2 RF 3 ) = ?(1 + = ? (42 ? 10) ) 85 RW 1 + RW 2 R

[例3] 电路如图示。已知 F1=1k?, RF2=2k?, ] 电路如图示。已知R ? ? R1=3.3k?, R=1.6 k? ,RP=14.4 k?,C= 0.1?F 。(1) ? ? ? ) R1 大致调到多大才能起振?(2) 振荡频率的调节范围是 大致调到多大才能起振? ) 多少? 多少? ) [解] (1) 起振时电压放大倍数 RF1 D1
D2



RF Au = 1 + ≥3 R1
RF≥2R1

RF2 R1

– + +
C

刚起振时,振幅较小,不足以使二极 刚起振时,振幅较小, 管导通, 管导通,这时 RF= RF1+ RF2= 3 k? ? R + – 所以 R1≤1.5k ?时才能起振 代入数据, 代入数据,可得 f0max= 995.2 Hz f0min= 99.5 Hz
1 f0 = 2 πRC

) uo (2) 振荡频率为

C R

RP

86

九、直流稳压电源
基本要求
1. 理解单相桥式整流电路的工作原理,能根据负载的 理解单相桥式整流电路的工作原理, 要求,选择整流元件; 要求,选择整流元件; 2. 理解滤波电路的工作原理; 理解滤波电路的工作原理; 3. 理解稳压管稳压电路的工作原理; 理解稳压管稳压电路的工作原理; 4. 能正确使用 能正确使用W7800系列和 系列和W7900系列三端集成稳压器; 系列三端集成稳压器; 系列和 系列三端集成稳压器

87

小结
1. 本章首先介绍了单相桥式整流电路,在负载电 本章首先介绍了单相桥式整流电路, 阻上得到的是全波整流电压, 阻上得到的是全波整流电压,输出电压的平均值为 在整流电路中,选择二极管的依据是: 在整流电路中,选择二极管的依据是: (1) 流过二极管的平均电流 ID 应小于二极管的最大整 ) 流电流 IOM 。 (2) 二极管所承受的最高反向电压 DRM应小于二极管的 ) 二极管所承受的最高反向电压U 反向工作峰值电压U 为了安全起见可使U 反向工作峰值电压 RWM,为了安全起见可使 RWM比UDRM大 一倍左右。 一倍左右。
88

U o = 0.9U

2. 整流电路所得到的输出电压是单向脉动电压, 整流电路所得到的输出电压是单向脉动电压, 还要加接滤波器,以改善输出电压的脉动程度。 还要加接滤波器,以改善输出电压的脉动程度。常用 的有电容滤波器 电感滤波器、电感电容滤波器等 电容滤波器、 的有电容滤波器、电感滤波器、电感电容滤波器等。 就是与负载并联一个容量足够大的电容器。 电容滤波器 就是与负载并联一个容量足够大的电容器。 经电容滤波后, 经电容滤波后, UO ≈ 1.2U。电容滤波器一般用于要求输 。 出电压较高,负载电流小且变化也较小的场合。 出电压较高,负载电流小且变化也较小的场合。 LC 滤波器适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场 滤波器适用于电流较大 适用于电流较大、 合用于高频时更为合适。 合用于高频时更为合适。 3. 直流稳压电源有很多种,当前已经广泛应用集成稳压 直流稳压电源有很多种, 有很多种 本章主要介绍了W7800系列和 系列和W7900系列三端集成稳压 器,本章主要介绍了 系列和 系列三端集成稳压 器的使用。 器的使用。
89

十、门电路和组合逻辑电路
基本要求
1. 掌握与门、或门、与非门、或非门、异或门的 逻辑功 掌握与门、或门、与非门、或非门、 了解TTL与非门、COMS门、三态门; 与非门、 能,了解 了解 与非门 门 三态门; 2. 掌握逻辑函数的表示方法,并能用逻辑代数运算法则化 掌握逻辑函数的表示方法, 简逻辑函数; 简逻辑函数; 3. 会分析组合逻辑电路; 会分析组合逻辑电路; 4. 理解加法器、编码器、译码器、的工作原理。 理解加法器、编码器、译码器、的工作原理。

小结
1. 逻辑门电路 最基本的逻辑关系是与、或和非三种。逻辑1和逻辑 和逻辑0不是 最基本的逻辑关系是与、或和非三种。逻辑 和逻辑 不是 数字符号,它们是代表两种相反的状态。 数字符号,它们是代表两种相反的状态。
90

与门: 与门:Y=AB 或门: 或门:Y= A+B 非门: 非门: Y = A 与非门: 与非门: Y = AB

有0出0,全1出1; 出 全 出 ; 有1出1,全0出0; 出 全 出 ; 1出0,0出1; 出 出 ; 有0出1,全1出0; 出 全 出 ; 有1出0,全0出1; 出 , 出 ;

或非门:Y = A + B 或非门:

同态出0,异态出1。 异或门: 异或门: Y = AB + A B 同态出 ,异态出 。 2. 组合逻辑电路的分析 逻辑函数可用逻辑状态表、逻辑式、逻辑图表示。 逻辑函数可用逻辑状态表、逻辑式、逻辑图表示。 逻辑分析:已知逻辑图→写逻辑式→ 逻辑分析:已知逻辑图→写逻辑式→运用逻辑代数化简 或变换→列逻辑状态表→分析逻辑功能。 或变换→列逻辑状态表→分析逻辑功能。 3. 常用组合逻辑电路部件 半加器和全加器的含义及它们的状态表和逻辑图符号。 半加器和全加器的含义及它们的状态表和逻辑图符号。
91

区分编码和译码,理解二 十进制编码器 十进制编码器、 区分编码和译码,理解二—十进制编码器、二进 制译码器及二—十进制显示译码器 制译码器及二 十进制显示译码器

例题分析
[例1] 化简 Y = AD + C D + AC + B C + D C ] 并用CT74LS20双4输入与非门组成电路。 输入与非门组成电路。 并用 双 输入与非门组成电路 [解] Y = AD + C D + AC + B C + D C

= AD + C ( D + D ) + A C + B C

= AD + C + AC + B C = AD + C (1 + A ) + B C
= AD + C + B C = AD + C (1 + B ) = AD + C
要用CT74LS20双4输入与非门组成电路,须将上式变换 双 输入与非门组成电路 输入与非门组成电路, 要用 为与非逻辑式。 为与非逻辑式。

Y = AD + C = AD + C = AD ? C
92

[例2] 分析下图逻辑电路的功能。 ] 分析下图逻辑电路的功能。 A 1 状态表 >1 >1 B 1 >1 Y1 Y2 Y3 A B 0 0 1 1 0 1 0 1 Y1 Y2 Y3 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0

[解] Y1 = A + B = A B
Y3 = A + B = A B
Y2 = A + B + A + B

功能: 功能 当 A > B 时, Y1=1; ; 当 A = B 时, Y2=1; ; 当 A < B 时, Y3=1; ; 是一位数字比较器。 是一位数字比较器。
93

= ( A + B )( A + B )

= AB + A B

[例3] 组合逻辑电路输入端 、B、C和输出端 组合逻辑电路输入端A、 、 和输出端 和输出端Y 的波形如图所示。写出其与非表达式。 的波形如图所示。写出其与非表达式。并用最少的与非 画出逻辑电路图) 门组成该组合逻辑电路 (画出逻辑电路图)。 A B C Y [解] A 0 1 0 1 0 1 0 1 B C & 状态表 B C 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 Y
94

Y = A BC + ABC = BC

Y 1 1 1 1 0 0 1 1

Y = BC

试分析其逻辑功能。 [例4] 某一组合逻辑电路如图示 试分析其逻辑功能。 ] 某一组合逻辑电路如图示,试分析其逻辑功能 Y & & 1
D

[解] 由逻辑图列出状态表 十进制数 200? ? 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

& 1 1
A

B C 8421编码器 编码器

9876543210

可看出,凡是十进制数的奇数接高电平时, 可看出,凡是十进制数的奇数接高电平时, Y为1,否则 为0。故为判奇电路。 95 为 ,否则Y为 。故为判奇电路。

十一、 十一、触发器和时序逻辑电路
基本要求
1. 掌握 触发器、JK 触发器和 触发器的逻辑功能; 掌握RS 触发器、 触发器和D 触发器的逻辑功能; 2. 理解寄存器和移位寄存器的工作原理; 理解寄存器和移位寄存器的工作原理; 3. 理解二进制计数器和二 十进制计数器的工作原理; 理解二进制计数器和二—十进制计数器的工作原理 十进制计数器的工作原理; 4. 掌握二 五—十进制集成计数器的应用; 掌握二—五 十进制集成计数器的应用 十进制集成计数器的应用; 5. 理解 理解555定时器的工作原理,理解由 定时器的工作原理, 定时器的工作原理 理解由555定时器组成的 定时器组成的 单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理。 单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理。

小结
1. 双稳态触发器 触发器是数字电路中的重要器件, 触发器是数字电路中的重要器件,应牢记各种触发器的 逻辑功能、触发方式和图形符号。 逻辑功能、触发方式和图形符号。
96

(1) RS 触发器 (a) 基本 触发器 ) 基本RS 基本RS 触发器的逻辑式 基本

基本RS 基本 触发器逻辑状态表

Q = SD ?Q

SD RD

S R
图形符号

Q
Q

Q

= RD ? Q

RD 0 1 1 0

SD

Q 0 1 不变 不定

1 0 1 0

(b) 可控 触发器 ) 可控RS 可控RS 可控 触发器的逻辑式 SD S Q = S ? CP ? Q S 1S C1 CP R 1R Q = R ? CP ? Q R RD

可控RS 可控 触发器逻辑状态表

R Q 0 0 1 1

S 0 1 0 1

Qn+1 Qn 1 0 不定
97

Q

图形符号

(2) JK 触发器 JK 触发器的逻辑式
Qn +1 = J Q n + K Qn

主从型JK 主从型 触发器的逻辑状态表

J

K

Qn+1

SD J CP K RD

S 1J C1 1K R 图形符号

Q
Q

0 0 1 1
SD

0 1 0 1

Qn 0 1
Qn

D触发器的逻辑状态表 触发器的逻辑状态表 触发器的 S 1D C1 R 上升沿D 上升沿 触发 器图形符号
98

(3) D 触发器

D D 触发器的逻辑式 CP Qn +1 = Q n RD

Q
Q

Dn 0 1

Qn+1 0 1

2. 寄存器 寄存器用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。 寄存器用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。 按存放的方式有并行和串行两种; 按存放的方式有并行和串行两种;取出的方式也有并行 和串行两种。数码寄存器都是并行输入并行输出的。 和串行两种。数码寄存器都是并行输入并行输出的。移 位寄存器可以并行输出也可以串行输出。 位寄存器可以并行输出也可以串行输出。 3. 计数器 计数器用来累计输入脉冲的数目。n 位二进制加法计数 计数器用来累计输入脉冲的数目。 器,要用 n 个触发器,能记最大十进制数为 n ?1。经过 n 要用 个触发器,能记最大十进制数为2 。 个脉冲循环一次,因此,它也是n 进制计数器。 个脉冲循环一次,因此,它也是 进制计数器。 分析一个计数器的步骤是: 写出各位触发 分析一个计数器的步骤是:已知逻辑图 → 写出各位触发 的逻辑关系式→列出状态表→分析计数功 计数功能 器的逻辑关系式→列出状态表→分析计数功能。

99

4. CT74LS290型二 – 五 – 十进制集成计数器功能表如下。 十进制集成计数器功能表如下。 型二
R0(1) R0(2) ( ) ( ) 1 × × 0 0 × 1 × 0 × × 0 S9(1) ( ) 0 × 1 × 0 × 0 S9(2) Q3 Q2 Q1 Q0 ( ) × 0 1 0 × 0 × 0 1 0 0 计 计 计 计 0 0 数 数 数 数 0 1

利用反馈置“ 或反馈置 或反馈置“ 法可用 法可用CT74LS290构成多 利用反馈置“0”或反馈置“9”法可用 构成多 种进制的计数器。 种进制的计数器。
100

[例1] 数字钟表中的时计数器是二十四进制,试用 ] 数字钟表中的时计数器是二十四进制, 两片CT74LS290型二 – 五 – 十进制计数器联成二十四进 两片 型二 制电路。 制电路。 先将两片CT74LS290联成一百进制计数器,再利 联成一百进制计数器, [解] 先将两片 联成一百进制计数器 个时钟脉冲来到后,个位和十位 十位计 用反馈置 0 法,当第 24 个时钟脉冲来到后,个位和十位计 数器都恢复为0000。 数器都恢复为 。

Q3

Q2

Q1

Q0 C0 C1

Q3

Q2

Q1

Q0 C0 C1 CP0

十位(2) 十位 S9(1) S9(2) R0(1) R0(2)

个位(1) 个位 S9(1) S9(2) R0(1) R0(2)

101

5. (1) 由555定时器组成的单稳态触发器 当输入触发负 定时器组成的单稳态触发器,当输入触发负 ) 定时器组成的单稳态触发器 脉冲时,输出 为矩形脉冲,其宽度 暂稳态持续时间) 输出u 其宽度( 脉冲时 输出 o为矩形脉冲 其宽度(暂稳态持续时间) tP = RCln3 =1.1RC +UCC
0.01 ?F

8 +UCC
5K? ? 5K? ? C1

4 +UCC + _+

R 5 6


RD
Q
Q

ui uC

2 7 T C
5K? ?

+ _ +
C2



SD

uo 3

1 单稳态触发器电路图

102

5. (2) 由555定时器组成的多谐振荡器 毋须外加触发脉 定时器组成的多谐振荡器,毋须外加触发脉 ) 定时器组成的多谐振荡器 就能输出一定频率的矩形脉冲( 冲,就能输出一定频率的矩形脉冲(自激振荡)。 就能输出一定频率的矩形脉冲 自激振荡) 振荡周期 +UCC R1 R2 uC 5 6 2 7 T C 1 多谐振荡器电路图
103

T = tP1 + tP2 = 0.7 (R1 +2 R2)C 8 +UCC
5K? ? 5K? ? C1

4 +UCC + _+


RD
Q
Q

+ _ +
5K? ? C2



SD

uo 3


相关文章:
电工学复习资料
电工学复习资料_理学_高等教育_教育专区。填空: 电路组成:电源、负载、中间环节 电源:U 和 I 的实际方向相反,电流从+端流出,发出功率 负载:U 和 I 的实际...
电工学重点复习小题
电工学重点复习小题 - 没有答案,自己做! 填空题 1.对于具有 n 个结点 b 条支路的电路,可列出 个独立的 KVL 方程。 2.复阻抗 Z = 6 - j 8(Ω) ,...
电工学复习
电工学复习 - 《电工学》总复习 一 填空题 2、三相异步电动机的主要组成是( 定子 )和(转子) 。 3、实际使用中三相异步电动机定子绕组的连接分别是(星形 )和...
电工学复习题(有答案)
电工学复习题(有答案)_工学_高等教育_教育专区。本专科电工、电子自学与升学考试分章练习题。1-2 图 1-2 所示电路元件 P 产生功率为 10W,则电流 I 应为...
电工学复习要点
电工学复习要点 - 电工学(上)复习参考 工学( 第一章、 第一章、 电路的基本概念和基本定律 一、基本概念: 1、 电路:电流的通路。作用:实现电能的转传输和...
电工学复习题
电工学复习题_工学_高等教育_教育专区。经典考题 一、 填空 1. 基尔霍夫电流定律:在任一瞬间,流向某一结点的电流之和应该等于由该结点流 出的电流之和。用...
电子电工学复习资料(答案)
电子电工学复习资料(答案) - 一、填空题 1.任何一个完整的电路都必须由( 电源 )、 (负载 传输 )、( 连接部分) )和( 转换 ), 三个基本部分组成, 电路的...
电工学(下)复习资料
电工学(下)复习资料 - 适用于《电工学(下)第七版》 高等教育出版社 秦曾煌主编... 电工学(下)复习资料_工学_高等教育_教育专区。适用于《电工学(下)第七版》...
电工学复习资料
电工学复习资料_工学_高等教育_教育专区。《电工电子学》课程综合复习资料一、单选题 1、图示电路中,对负载电阻 RL 而言,点划线框中的电路可用一个等效电源代 ...
电工学复习提纲(按章节)_图文
电工学复习提纲(按章节) - 很好的东西!!!复习很有效率... 电工学复习提纲(按章节)_工学_高等教育_教育专区。很好的东西!!!复习很有效率 注1:本...
更多相关标签: