电工学简明教程复习要点

本章要求 1 掌握支路电流法 叠加原理和戴维宁定理等电路的基本分析方法 2 了解实际电源的两种模型及其等效变换 3 了解非线性电阻元件的伏安特性及静态电阻 动态电阻的概念 以及简单非线性电阻电路的图解分析法 第1章电路的分析方法 1 3 3电压源与电流源的等效变换 由图a U E IR0 由图b U ISR0 IR0 例1 解 统一电源形式 试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示电路中1 电阻中的电流 1 6叠加原理 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 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 例 注意事项 应用叠加原理时可把电源分组求解 即每个分电路中的电源个数可以多于一个 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 电路如图 已知E 10V IS 1A R1 10 R2 R3 5 试用叠加原理求流过R2的电流I2和理想电流源IS两端的电压US b E单独作用将IS断开 c IS单独作用将E短接 解 由图 b 例1 电路如图 已知E 10V IS 1A R1 10 R2 R3 5 试用叠加原理求流过R2的电流I2和理想电流源IS两端的电压US b E单独作用 c IS单独作用 解 由图 c 1 7 1戴维宁定理 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 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 a b 注意 等效 是指对端口外等效 即用等效电源替代原来的二端网络后 待求支路的电压 电流不变 有源二端网络 等效电源 解 1 断开待求支路求等效电源的电动势E 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 E也可用结点电压法 叠加原理等其它方法求 E U0 E2 IR2 20V 2 5 4V 30V 或 E U0 E1 IR1 40V 2 5 4V 30V 解 2 求等效电源的内阻R0除去所有电源 理想电压源短路 理想电流源开路 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 从a b两端看进去 R1和R2并联 求内阻R0时 关键要弄清从a b两端看进去时各电阻之间的串并联关系 解 3 画出等效电路求电流I3 例1 电路如图 已知E1 40V E2 20V R1 R2 4 R3 13 试用戴维宁定理求电流I3 三要素法求解暂态过程的要点 1 求初始值 稳态值 时间常数 3 画出暂态电路电压 电流随时间变化的曲线 2 将求得的三要素结果代入暂态过程通用表达式 暂态电路 求换路后电路中的电压和电流 其中电容C视为开路 电感L视为短路 即求解直流电阻性电路中的电压和电流 1 稳态值的计算 响应中 三要素 的确定 1 由t 0 电路求 在换路瞬间t 0 的等效电路中 注意 2 初始值的计算 1 对于简单的一阶电路 R0 R 2 对于较复杂的一阶电路 R0为换路后的电路除去电源和储能元件后 在储能元件两端所求得的无源二端网络的等效电阻 3 时间常数 的计算 对于一阶RC电路 对于一阶RL电路 注意 R0的计算类似于应用戴维宁定理解题时计算电路等效电阻的方法 即从储能元件两端看进去的等效电阻 如图所示 例1 电路如图 t 0时合上开关S 合S前电路已处于稳态 试求电容电压和电流 1 确定初始值 由t 0 电路可求得 由换路定则 应用举例 2 确定稳态值 由换路后电路求稳态值 3 由换路后电路求时间常数 uC的变化曲线如图 用三要素法求 例2 由t 0 时电路 电路如图 开关S闭合前电路已处于稳态 t 0时S闭合 试求 t 0时电容电压uC和电流iC i1和i2 求初始值 求时间常数 由右图电路可求得 求稳态值 关联 第2章正弦交流电路 2 2正弦量的相量表示法 2 1正弦电压与电流 2 3单一参数的交流电路 2 7交流电路的频率特性 2 6复杂正弦交流电路的分析与计算 2 8功率因数的提高 2 5阻抗的串联与并联 2 4电阻 电感与电容元件串联交流电路 2 9非正弦周期电压和电流 2 7单一参数正弦交流电路的分析计算小结 电路参数 电路图 参考方向 阻抗 电压 电流关系 瞬时值 有效值 相量图 相量式 功率 有功功率 无功功率 R i u 设 则 u i同相 0 L C 设 则 则 u领先i90 0 0 基本关系 i u i u 设 u落后i90 阻抗三角形 电压三角形 功率三角形 将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形 将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形 例1 已知 求 1 电流的有效值I与瞬时值i 2 各部分电压的有效值与瞬时值 3 作相量图 4 有功功率P 无功功率Q和视在功率S 在RLC串联交流电路中 解 1 2 方法1 方法1 通过计算可看出 而是 3 相量图 4 或 4 或 呈容性 方法2 复数运算 例1 已知电源电压和电路参数 电路结构为串并联 求电流的瞬时值表达式 一般用相量式计算 分析题目 已知 求 解 用相量式计算 同理 例1 三相交流电路 三相对称 中线电流 1 线电流 2 三相负载不对称 RA 5 RB 10 RC 20 分别计算各线电流 中线电流 第3章磁路与铁心线圈电路 1 变压器的匝数比应为 解 例3 5 1 如图 交流信号源的电动势E 120V 内阻R0 800 负载为扬声器 其等效电阻为RL 8 要求 1 当RL折算到原边的等效电阻时 求变压器的匝数比和信号源输出的功率 2 当将负载直接与信号源联接时 信号源输出多大功率 信号源的输出功率 电子线路中 常利用阻抗匹配实现最大输出功率 结论 接入变压器以后 输出功率大大提高 原因 满足了最大功率输出的条件 2 将负载直接接到信号源上时 输出功率为 4 1三相异步电动机的构造 第4章交流电动机 4 2三相异步电动机的转动原理 4 3三相异步电动机的电路分析 4 4三相异步电动机转矩与机械特性 4 5三相异步电动机的起动 4 6三相异步电动机的调速 4 7三相异步电动机的制动 4 8三相异步电动机铭牌数据 4 9三相异步电动机的选择 4 11单相异步电动机 4 10同步电动机 略 旋转磁场转速n0与极对数p的关系 异步电动机运行中 转子转速亦可由转差率求得 转差率s 例1 一台三相异步电动机 其额定转速n 975r min 电源频率f1 50Hz 试求电动机的极对数和额定负载下的转差率 解 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知 n0 1000r min 即 p 3 额定转差率为 由公式可知 电磁转矩公式 1 T与定子每相绕组电压成正比 U1 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 绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 从而改变转距 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 如某普通机床的主轴电机 Y132M 4型 的额定功率为7 5kw 额定转速为1440r min 则额定转矩为 2 最大转矩Tmax 转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax 否则将造成堵转 停车 电机带动最大负载的能力 临界转差率 将sm代入转矩公式 可得 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 例1 1 解 一台Y225M 4型的三相异步电动机 定子绕组 型联结 其额定数据为 P2N 45kW nN 1480r min UN 380V N 92 3 cos N 0 88 Ist IN 7 0 Tst TN 1 9 Tmax TN 2 2 求 1 额定电流IN 2 额定转差率sN 3 额定转矩TN 最大转矩Tmax 和起动转矩TN 2 由nN 1480r min 可知p 2 四极电动机 3 第9章半导体二极管和三极管 返回 两个二极管的阴极接在一起取B点作参考点 断开二极管 分析二极管阳极和阴极的电位 V1阳 6V V2阳 0V V1阴 V2阴 12VUD1 6V UD2 12V UD2 UD1 D2优先导通 D1截止 若忽略管压降 二极管可看作短路 UAB 0V 例2 D1承受反向电压为 6V 流过D2的电流为 求 UAB ui 8V 二极管导通 可看作短路uo 8Vui 8V 二极管截止 可看作开路uo ui 已知 二极管是理想的 试画出uo波形 8V 例3 二极管的用途 整流 检波 限幅 箝位 开关 元件保护 温度补偿等 参考点 二极管阴极电位为8V 2 输出特性 IB 0 20 A 放大区 输出特性曲线分三个工作区 1 放大区 在放大区有IC IB 也称为线性区 具有恒流特性 在放大区 发射结 正向偏置 集电结 反向偏置 晶体管工作于放大状态 2 截止区 IB 0以下区域 有IC 0 在截止区 发射结 反向偏置集电结 反向偏置 晶体管工作于截止状态 饱和区 截止区 3 饱和区 当UCE UBE时 晶体管工作于饱和状态 IB IC 发射结 正向偏置 集电结 正向偏置 深度饱和时 硅管UCES 0 3V 锗管UCES 0 1V U1 RB EC UCC RC 例 Ucc 6V Rc 3kOhm RB 10kOhm 25 当输入电压U1分别为3V 1V和 1 时 试问晶体管处于何种工作状态 晶体管饱和时集电极电流近似为 晶体管临界饱和时基极电流为 解 1 U1 3V 晶体管处于饱和状态 U1 RB EC UCC RC 例 Ucc 6V Rc 3kOhm RB 10kOhm 25 当输入电压U1分别为3V 1V和 1 时 试问晶体管处于何种工作状态 晶体管饱和时集电极电流近似为 晶体管临界饱和时基极电流为 2 U1 1V 晶体管处于放大状态 U1 RB EC UCC RC 例 Ucc 6V Rc 3kOhm RB 10kOhm 25 当输入电压U1分别为3V 1V和 1 时 试问晶体管处于何种工作状态 晶体管饱和时集电极电流近似为 晶体管临界饱和时基极电流为 3 U1 1V 晶体管发射结反偏 集电结反偏 晶体管处于可靠截止状态 第10章基本放大电路 返回 例1 在图示放大电路中 已知UCC 12V RC 6k RE1 300 RE2 2 7K RB1 60k RB2 20k RL 6k 晶体管 50 UBE 0 6V 试求 1 静态工作点IB IC及UCE 2 画出微变等效电路 3 输入电阻ri r0及Au 解 1 由直流通路求静态工作点 直流通路 2 由微变等效电路求Au ri r0 微变等效电路 rbe RC RL E B C RS RE1 返回 11 2 1比例运算 1 反相比例运算 2 电压放大倍数 虚短 u u 0 称反相输入端 虚地 反相输入的重要特点 虚断 i i 0 i1 if 要求静态时u u 对地电阻相同 平衡电阻R2 R1 RF 2 同相比例运算 虚断 u ui 1 电路组成 2 电压放大倍数 虚短 u ui 反相输入端不 虚地 要求静态时u u 对地电阻相同 平衡电阻R2 R1 RF 16 2 2加法运算 虚短u u 0 平衡电阻 R2 Ri1 Ri2 RF 虚断 i 0 ii1 ii2 if 16 2 3减法运算电路 由虚断可得 由虚短可得 分析方法1 常用做测量放大电路 如果取R1 R2 R3 RF 如R1 R2 R3 RF R2 R3 R1 RF 输出与两个输入信号的差值成正比 16 2 4积分运算电路 由虚短及虚断性质可得i1 if if 当电容CF的初始电压为uc t0 时 则有 16 2 5微分运算电路 由虚短及虚断性质可得i1 if 第12章直流稳压电源 返回 第18章直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 功能 把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压 12 2 1电容滤波器1 电路结构 2 工作原理 u uc时 D1 D3导通 电源在给负载RL供电的同时也给电容充电 uc增加 uo uc u uc时 若 u uc D1 D2 D3 D4均截止 电容通过负载RL放电 uc按指数规律下降 uo uc 3 工作波形 二极管承受的最高反向电压为 只有在 u uc时 D2 D4导通 uo uc C UXX 为W78XX固定输出电压Uo UXX UZ 返回 第13章门电路和组合逻辑电路 后一页 1 写出逻辑式 例2 分析下图的逻辑功能 1 1 B A Y 前一页 后一页 返回 2 列逻辑状态表 Y AB AB 3 分析逻辑功能输入相同输出为 1 输入相异输出为 0 称为 判一致电路 同或门 可用于判断各输入端的状态是否相同 逻辑式 前一页 后一页 返回 例3 分析下图的逻辑功能 Y 1 B A C 写出逻辑式 A 1 0 1 A 设 C 1 封锁 打开 选通A信号 前一页 后一页 返回 例3 分析下图的逻辑功能 B Y 1 B A C B 0 0 1 设 C 0 封锁 选通B信号 打开 前一页 后一页 返回 例2 某工厂有A B C三个车间和一个自备电站 站内有两台发电机G1和G2 G1的容量是G2的两倍 如果一个车间开工 只需G2运行即可满足要求 如果两个车间开工 只需G1运行 如果三个车间同时开工 则G1和G2均需运行 试画出控制G1和G2运行的逻辑图 设 A B C分别表示三个车间的开工状态 开工为 1 不开