清华大学知名教授电工与电子技术复习资料

电工学各章要求：,第一章 电路及其分析方法,一、理解电压与电流参考方向的意义；二、理解电路的基本定律并能正确应用；三、了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义；四、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。五、了解实际电源的两种模型及其等效变换。六、会计算电路中各点的电位。七、掌握换路定则及初始值的求法，掌握暂态 电路的三要素分析法。,2.3.3 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。,2.6 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),2.7.1 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 + I R2 = 20V +2.5 4 V= 30V,或：E = U0 = E1 I R1 = 40V 2.5 4 V = 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；,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),第二章 正弦交流电路,一、理解正弦量的特征及其各种表示方法。二、理解电路基本定律的相量形式及复阻抗，熟练掌握计算正弦交流电路的相量分析法。会画相量图。三、掌握有功功率、无功功率、视在功率和功率因数的计算。四、串联谐振的条件及特征。五、了解提高功率因数的意义和方法。六、搞清对称三相负载Y 联结和联结时相电压与线电压、相电流与线电流的关系。七、掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联结方法，理解中线的作用。八、掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,3.7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 i 90,0,0,基本关系,+,-,i,u,+,-,i,u,+,-,设,u落后 i 90,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,第三章 磁路及变压器,一、了解变压器的基本结构、工作原理、运行特性和绕组的同极性端，理解变压器额定值的意义；二、掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用；三、了解三相电压的变换方法和原、副绕组常用的连接方式；,(1) 变压器的匝数比应为：,【解】,【例7.5.1】如图，交流信号源的电动势 E= 120V，内阻 R 0=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：,1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。,2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的 方法。,3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,第4章 电动机,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=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。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=1000 r/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。U 1 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 R2 , 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%，cosN=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）,第九章 半导体二极管和三极管,一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。,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 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 VUD1 = 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 = 0 V,例2:,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求：UAB,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 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 8 V,2. 输出特性,IB=0,20A,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 = 3 k Ohm， RB =10k Ohm， = 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 = 3 k Ohm， RB =10k Ohm， = 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 = 3 k Ohm， RB =10k Ohm， = 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。,第十章 基本放大电路,一、理解单管交流放大电路的电压放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。二、会计算共发射极、共集电极放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻，共发射级放大电路的输出电阻。三、了解放大电路的非线性失真、多级放大的概念。了解差动放大电路的性能特点。,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,第十一章 运算放大器,一、了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。二、理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。三、理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。四、理解电压比较器的工作原理和应用。,16.2.1 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,第十二章 直流稳压电源,一、理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;二、了解稳压管稳压电路的工作原理;三、了解集成稳压电路的性能及应用。,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,第十三章 门电路和组合逻辑电路,一、掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。二、会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数。 三、会分析和设计简单的组合逻辑电路。四、理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能。,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。