电工与电子技术.doc

华夏大地教育网 l http/: 自学考试：电工与电子技术 电工与电子技术应考指导一课程内容1.课程内容很多，涉及概念众多。2.识记、领会内容比较多，复杂计算比较少。3.从几年测试真题看出，最后两道计算题主要以直流电路、正弦交流电路为主，简析题中直流电路、正弦交流电路、三相异步电动机、基本放大电路、集成运算放大器、门电路和触发器为主要内容。4.综合真题命题内容以及自学考试大纲中的自学学时建议，重点内容：直流电路、正弦交流电路、三相交流电路、三相异步电动机的使用、三相异步电动机的控制电路、基本放大电路的计算、集成运算放大器运算电路的计算、门电路和触发器的逻辑关系推导、判别。二复习方法从真题的难易程度看，侧重基本概念的考察，每道题目的计算不是很复杂，但需要概念清楚、公式准确；从真题的考察范围看，内容广，涉及概念多。复习阶段，建议先做一套真题，做一下试卷分析。首先检查重要章节的概念、方法、公式是否掌握，然后有针对性的复习。再者，从反映的问题要做到举一反三，举一反三的依据是考试大纲的知识点考核。第一章 直流电路第一节 电路的组成及其作用一 电路的组成电路由电源、负载、中间环节组成。二 电路的作用电路实现电能的传输和转换、信号传递和处理。比如电灯照明实现电能到光能的转换、打电话实现信号的传输。第二节 电路中的基本物理量一 电流：带电粒子的定向运动（有秩序的运动）形成电流，i(t)=dq/dt 电荷的变化率方向：正电荷运动的方向电流的参考方向：预先假定的方向，用箭头表示，也称正方向。根据所设方向进行计算，如果求出 i 0，则 真实方向与参考方向一致 如果求出 i 0，则 真实极性与参考极性一致。如果求出 uab0，电压超前电流相位角j若j=0，电压和电流同相若j=+180O，电压和电流反相若j 0，则电压超前电流，电路呈电感性。若j m 0 ，并且m 不是常数，由m =B/H可知，磁感应强度B 和磁场强度H 不成正比关系。B 与 H的关系一般用实验得到的曲线来表示，称为 BH曲线或磁化曲线。如图中BH曲线所示，oa段，B随 H 增加缓慢；ab段, 差不多与 H 成正比地增加；b点以后，B随 H 的增加速度缓慢下来， 到后来随着 H 的继续增加，B 却增加得很少，逐渐趋于饱和；过了c点后，磁化曲线近似于一条直线。3.磁滞性磁性物质都具有保留其磁性的倾向，因而 B 的变化总是滞后于 H 的变化，这种现象称为磁滞现象。当铁心线圈中通有交变电流时，铁心就受到交变磁化。在电流变化一个周期时，磁感应强度 B 随磁场强度 H 而变化的关系如下图所示。这种表示 B 与 H 变化关系的闭合曲线称为磁滞回线。Br剩磁HC矫顽磁力铁磁材料按照磁性能可以分为软磁材料、硬磁材料、矩磁材料。软磁材料的剩磁和矫顽力较小，磁滞回线形状较窄，但磁化曲线陡峭，易磁化又易退磁。用于有交变磁场的场合，如制造变压器、电动机中的铁心。常见材料有纯铁、硅钢等。硬磁材料的剩磁和矫顽力较大，磁滞回线形状较宽，适用于制作永久磁铁，如扬声器、录音机中的永久磁铁。常见材料有碳钢、钴钢等。矩磁材料磁滞回线形状近似于矩形，剩磁较大，矫顽力较小，易于翻转，常用作记忆元件和开关元件。常见材料有镁锰铁氧体及某些铁镍合金等。四.磁路欧姆定律铁心中的磁通F 与通过线圈的电流I、线圈匝数N以及磁路的截面积S成正比，与磁路的长度l成反比，还与组成磁路的材料的磁导率m 成正比，即F称为磁动势，RM称为磁阻，F正比于磁动势F，反比磁阻RM，称其为磁路欧姆定律。五.交流铁心线圈电路1.交流磁路交流磁路的励磁线圈中通入交流电流，其特点为：（1）交流励磁电流在磁路中产生周期性变化的磁通，这种交变磁通又在线圈中产生感应电动势，并反过来对电流产生影响。这时线圈电路与磁路已成为一个整体，必须结合在一起分析研究。所以这时的线圈电路被称为交流铁心线圈电路。（2）交流铁心线圈电路中存在两种功率损耗：铜损和铁损。在线圈电阻产生的损耗称为铜损，交变磁通还在铁心中产生损耗称为铁损，铁损包括磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗：铁磁材料交变磁化的磁滞现象产生的铁损称为磁滞损耗。它是由铁磁材料内部磁畴反复转向，磁畴间相互摩擦引起的铁心发热而造成的损耗。涡流损耗：感应电流在垂直于磁通的铁心平面内围绕磁力线呈漩涡状，称为涡流，涡流使铁心发热，该功率损耗称为涡流损耗。2电磁关系U E = 4.44 f NFm在 N 和 f 一定时，在交流铁心线圈电路中磁通的最大值Fm近似与外加电压有效值U成正。在 N 、 f 、U 一定时，在交流铁心线圈电路中磁通的最大值Fm基本不变。第二节 变压器一. 变压器的结构变压器由铁心和绕组两个基本部分组成。和电源相连的绕组与电源相连，称为原绕组；和负载相连的绕组，称为副绕组。原绕组也称为原边或初级，副绕组也称为副边后次级。二. 变压器的工作原理1.利用电磁感应定律并通过磁路的耦合作用, 把某一个数量级的交流电压，变换成同频率的另一个数量级的交流电压的能量变换装置。2.一次绕组匝数N1,电压U1,电流I1,二次绕组匝数N2, 电压U2,电流I2,两者匝数之比为K，则: U1/U2=K, I1/ I2=1/K;3.阻抗变换：为变压器二次负载阻抗，相当于电源上直接连接阻抗为在电子电路中，为了提高信号的传输功率，可以实现阻抗匹配。例题：某交流信号源，内阻，电动式扬声器的电阻求：（1）信号源与扬声器直接相连时的输出功率；（2）用变压器进行阻抗匹配时变压器的变化；（3）达到阻抗匹配时信号源输出的最大功率。解：（1） （2） （3） 三.变压器的外特性变压器的外特性就是保持电源电压U1和负载的功率因数cosj 2不变的条件下，U2随I2 的变化关系：U2随I2的增加而稍有下降电压调整率U：电压调整率表示变压器从空载到额定工作状态时，二次绕组电压的变化量与空载电压值之比。四.变压器的效率在传输电能过程中，一、二次绕组和铁心都要消耗一部分功率，即铜损和铁损，变压器的效率指输出功率p2和输入功率p1之比：五. 变压器的额定值1.额定电压U1N和U2N U1N：原绕组正常工作电压有效值。U2N：原绕组加U1N时，副绕组的开路电压。2.额定电流I1N和I2N 变压器长期运行时，I1N，I2N指一次绕组、二次绕组允许通过的最大电流有效值。3.额定容量SN副绕组额定视在功率：SN =U2NI2N输出功率取决于副绕组负载的大小和性质，即和负载的功率因数有关。4.额定频率：变压器应接入的电源频率，fN六.变压器绕组的同极性端变压器绕组的同极性端是指各绕组电位瞬时极性相同的对应端。也称为同名端。同名端用“ ”标出。对于绕向已知的两个绕组，可以根据右手螺旋法则判别。如果电流在铁心中所产生的磁通方向一致，这两端便是同名端。同名端的串接连接法：应把两个绕组的一对异名端联在一起。同名端的并接连接法：应把两个绕组的一对同名端联在一起七、特殊变压器1自耦变压器自耦变压器在结构上的特点是它只有一个绕组，在绕组的中间处有一个抽头。与双绕组变压器的工作原理相同。由于原、副绕组间既有磁的联系又有电的联系，所以不能用于原、副绕组电路隔离的场合。使用注意事项：u 两侧绕组不能对调使用。u 输出电流不允许大于额定电流。2电流互感器电流互感器是一种专用互感器双绕组变压器。1.扩大仪表的量程。2. 隔开电流表与被测高压电路，确保人身及仪表的安全。3.电流互感器不允许副绕组侧开路。 第五章 三相异步电动机第一节 构造三相异步电动机主要由两部分组成：固定不变的部分，称为定子；旋转部分，称为转子。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心、定子绕组和端盖组成。定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。三相绕组在空间上彼此相隔120o。三相绕组可以接成星型或三角形。三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子绕组有笼型和绕线型两种结构。笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。绕线型转子的绕组和定子绕组相似。绕线型转子异步电动机结构复杂，价格昂贵，只应用在对启动和调速有较高要求的场合。第二节 工作原理一. 三相异步电动机的工作原理1. 旋转磁场空间相差120 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的磁场是一个有一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周 (在空间旋转的角度为360 )。对50Hz的工频电而言，旋转磁场每秒钟将在空间旋转50周，转速为3000 r/min 。当定子每相中有两个绕组串联, 且每相绕组在空间相差60时, 通入对称三相交流电后, 也产生一个旋转磁场, 但它是一个两对磁极（四极）的旋转磁场。当电流变化一周, 旋转磁场在空间只转了半周(180 空间角), 旋转速度较两极磁场慢了一半。转速为1500 r/min。同理可以产生三对、四对等不同磁极对数的旋转磁场，从而可以获得不同转速的旋转磁场。用p表示磁极对数，n1表示旋转磁场转速（r/min），f表示电源频率，则可以得到下式：旋转磁场的转速n1也称为同步转速,决定于电源频率、磁极对数。在我国，同步转速n1为3000 r/min，1500r/min，1000 r/min等。旋转磁场在空间的旋转方向是由电流相序决定的，若把定子绕组与三相电源相连的三根导线中的任意两根对调位置，则旋转磁场将反向旋转。即改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向。综上所述，由于定子的物理结构、输入三相电的对称性，可以实现一个旋转磁场，并且旋转磁场的转速、旋转方向可以人为控制。2. 转子的转动旋转磁场旋转，转子静止时，两者存在相对运动，由电磁感应原理可知，这相当于转子导体切割磁力线，产生感应电动势，进而产生感应电流，而通电导体在磁场中受到磁场力的作用，进而对转轴形成电磁转矩，于是转子就顺着磁场旋转的方向旋转起来。简而言之，转子落后旋转磁场的相对运动，引起电磁感应电流，电磁感应电流又引起转子转动。综上所述，转子的转速一定小于旋转磁场的转速，这也是“异步”电动机名称的由来，此外，由于转子的电流是由电磁感应产生的，所以异步电动机也称为“感应”电动机。3.转差率同步转速n1与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率，用s表示。在启动时，n=0，s=1，s达到最大；稳定运行时，s很小；s=0在实际运行中，是不存在的。第三节 定子电路与转子电路u 外加电压不变时，定子电路的感应电动势基本不变，旋转磁场每极磁通基本不变。u 转子电动势有效值、频率随转差率增大而减小u 转子电路的电流随转差率增大而增大，功率因数随转差率增大而减小第四节 三相异步电动机的特性一机械特性 电源电压一定，转速n和电磁转矩T的关系，称为电动机的机械特性，如图所示。1.稳定区和不稳定区电动机工作在稳定运行区时, 具有自适应能力。例如, 原来在额定负载稳定运行(工作于稳定区), 若负载转矩突然增大为 T2, T2 T， ，则 n，T，直到 T = T2 ，电机稳定运行在新的转速下。电动机工作在不稳定运行区时, 若负载转矩增大为 T2, T2 T， ，则 n，T，直到停转， 若负载转矩减小，则会进入稳定区。2. 额定转矩 TN额定转矩是电动机在额定运行状态下的电磁转矩。PN 单位是kW，nN单位是 (r/min)。允许短时间过载运行。3.最大转矩 Tmax在一定的电源电压下，电动机所能提供的最大转矩。是稳定区和不稳定区的分界点。Tm的大小表明了电动机所能驱动的最大负载转矩，即电动机的过载能力，它比TN大得多，通常用过载系数l来表示过载能力的大小。l = Tmax T N4. 起动转矩 TST起动瞬间n=0，s=1时的转矩。负载转矩 TLTst ,不能起动, 可空载或轻载起动；负载转矩 TLUBUEPNP管工作在放大状态的必要条件是 UEUBUC（二）.晶体管中载流子的传输过程（NPN）1、发射区向基区注入电子2、电子在基区中的扩散与复合3、扩散到集电极的电子被集电区收集注意：上述过程的前提是发射结正偏，集电结反偏三.输出特性曲线截止区：发射结电压小于开启电压且集电结反偏，此时IB=0，而iCICEO。放大区：发射结正向偏置且集电结反向偏置，此时iC仅仅由IB决定，且满足：iC = b IB饱和区：此时发射结和集电结均正向偏置，此时iC不仅和IB有关，还和uCE有关。当UCB =0时，认为晶体管处于临界饱和状态。 四主要参数1电流放大系数2极间反向电流 (1) ICBO表示发射极开路时，集电极与基极间的反向电流。（2）ICEO表示基极开路时，集电极与发射极间的反向电流。3.最大集电极耗散功率 PCM决定于管子的温升，不能超过。4、最大集电极允许电流 ICM IC超过一定数值时， 明显下降，此值即为ICM5、极间反向击穿电压 U(BR)CEO （基极开路时集电极-发射极的反向击穿电压）。第十章 基本放大电路第一节 共射极基本放大电路的组成1.放大电路中存在能够控制能量的元件（称为有源元件）BJT、FET。2.Vcc: 为输出提供所需能源；足够高，使集电结反偏，发射结正偏。3Rc:将集电极电流变化量转换为电压变化量第二节 放大电路的静态分析一基本概念1.设置合适的静态工作点，以保证放大电路不产生失真，同时静态工作点还影响着放大电路几乎所有的动态系数。2.静态分析是要确定在无交流信号输入时的基极电流、集电极电流、集电极到发射极的电压。3. 静态分析即分析直流通路。4.在直流电源作用下直流电流流经的通路，也就是静态电流流经的通路。对于直流通路，电容视为开路。5. “先静态,后动态”是分析放大电路的原则二静态工作点计算.例题：电路如图所示，其中Rb=510kW,Rc=3kW,VCC=12V,=100。求其静态工作点Q。三图解分析法第三节 放大电路的动态分析一 放大电路的失真（共发射组态）工作点Q低出现截止失真（ib底部失真uo顶部失真）解决方法:减小Rb。工作点Q高出现饱和失真（ic顶部失真uo底部失真）增大Rb (减小IBQ)。二三极管微变等效模型三图为阻容耦合共射放大电路，已知V CC =12V， Rb =510kW，RC=3kW，b=80，导通时U BEQ=0.7V， RL=3k W。计算该电路的动态参数（Au、 Ri 、Ro ） 。微变等效电路为第四节 静态工作点的稳定1. 环境温度变化、电源电压波动、元件老化会引起晶体管参数的变化，造成电路静态工作点不稳定。其中温度影响最为重要。2. 稳定Q点，是指在环境温度等条件变化时静态集电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。3. 分压式偏置电路C1、C2为耦合电容，Ce为发射极交流旁路电容，Rb1、R