运维人员岗位培训-电源-(理论第1章)基础知识与通信系统组成

1、第一章第一章 基础知识基础知识（讲师用（讲师用PPT）中国网通（集团）有限公司2006年12月中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业内部资料注意保密电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电源直流电源 第二节第二节 交流电源交流电源 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电路直流电路 第二节第二节 交流电路交流电路 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 第四节

2、第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 第一节第一节 直流电路直流电路1.11.1电路及其组成电路及其组成 把一些电器设备或元件，按其所要完成的功能，用一定方式连接而成把一些电器设备或元件，按其所要完成的功能，用一定方式连接而成的电源通路称为的电源通路称为电路电路。 一个完整的电路是由一个完整的电路是由电源、负载电源、负载和和中间环节中间环节（包括开关和导线等）三（包括开关和导线等）三部分组成。部分组成。 电源是将非电能如化学能、机械能和原子能等转换为电能，并向电路电源是将非电能如化学能、机械能和原子能等

3、转换为电能，并向电路提供能量；负载是指电路中能将电能转换为非电能的用电设备，如电灯、提供能量；负载是指电路中能将电能转换为非电能的用电设备，如电灯、电动机和电热器等；中间环节是指将电源连接成闭合电路的导线、开关电动机和电热器等；中间环节是指将电源连接成闭合电路的导线、开关设备和保护设备等，也经常接有测量仪表或测量设备。设备和保护设备等，也经常接有测量仪表或测量设备。第一节第一节 直流电路直流电路 第一节第一节 直流电路直流电路 如图如图1 11 1（a a）所示是按实物做出的手电筒电路的示意图，这是）所示是按实物做出的手电筒电路的示意图，这是最简单的实际电路，它由干电池（电源）、小灯泡（负载）

4、和开关（中最简单的实际电路，它由干电池（电源）、小灯泡（负载）和开关（中间环节）三部分组成。间环节）三部分组成。 图1.1 简单电路A10mA101A631.2 电路的主要物理量及元件电路的主要物理量及元件1. 电流电流 电流的强弱用电流强度来表示，其数值等于单位时间内通过导体某电流的强弱用电流强度来表示，其数值等于单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。设在一横截面的电荷量。设在dt时间内通过导体某一横截面的电荷量为时间内通过导体某一横截面的电荷量为dq，则通过该截面的电流强度为则通过该截面的电流强度为 (1.1) 在一般情况下，电流强度是随时间而变的。如果电流强度不随时间在一般情况下，电流强

5、度是随时间而变的。如果电流强度不随时间而变，即而变，即dq/dt常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流。在直流常数，则这种电流就称为恒定电流，简称直流。在直流电路中，式（电路中，式（1.1）可写成）可写成 (1.2) 在国际单位制（在国际单位制（SI）中，规定电量）中，规定电量Q的单位为库仑（的单位为库仑（C），时间的），时间的单位为秒（单位为秒（s），电流的单位为安培（），电流的单位为安培（A），即），即1A=1C/s。电流的单位还。电流的单位还有毫安（有毫安（mA）、微安（）、微安（A），其换算关系为），其换算关系为dtdqi tQI 第一节第一节 直流电路直流电路第一节第一节 直流电路

6、直流电路 电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的方向（实际方向）。电流的方向是客观存在的，在简单电路中电流的方向（实际方向）。电流的方向是客观存在的，在简单电路中, ,可可以很容易判断出电流的实际方向以很容易判断出电流的实际方向, ,如图如图1.2(a)1.2(a)中的中的I1、I2。倘若在图中。倘若在图中A、B两点间再接入一个电阻如图两点间再接入一个电阻如图1.2（b）所示，那么该电阻中的电流方向）所示，那么该电阻中的电流方向就很难直观判断了。另外，在交流电路中，电流是随时间变化的，在图就很难直观判断了。另外

7、，在交流电路中，电流是随时间变化的，在图上也无法表示其实际方向，为了解决这一问题，须引入电流的参考方向上也无法表示其实际方向，为了解决这一问题，须引入电流的参考方向这一概念。这一概念。 （a） (b) 图 1.2 电流方向的判断 第一节第一节 直流电路直流电路 电流的参考方向可以任意选定，在电路中一般用箭头表示。当然，电流的参考方向可以任意选定，在电路中一般用箭头表示。当然，所选的电流参考方向不一定就是电流的实际方向，当电流的参考方向与所选的电流参考方向不一定就是电流的实际方向，当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值（实际方向一致时，电流为正值（I0I0）；当电流的参考方向与实际方向相）

8、；当电流的参考方向与实际方向相反时，电流为负值（反时，电流为负值（I0I0U0）；相反时，电压为负）；相反时，电压为负（U0U00，表明，表明 , ,则则u u比比i i先达到最大值，称先达到最大值，称 u u超前于超前于 i i一个一个相位角相位角 , ,或者说或者说 i i滞后于滞后于 u u一个相位角一个相位角 。 若若 =0=0，表明，表明 ，则，则u u与与i i同时达到最大值同时达到最大值, ,称称u u与与i i同相位，同相位，简称同相。简称同相。 若若 ，则称，则称 u u与与 i i的相位相反。的相位相反。 若若 0 0 ，表明，表明 0 X0 时，即时，即X XL LXXC

9、 C时，此时时，此时0 ,0 ,表示电压超前电流表示电压超前电流角。如角。如图图2.102.10（a a）所示。电感电压）所示。电感电压 补偿电容电压补偿电容电压 后尚有余量后尚有余量, ,即电感的作即电感的作用大于电容的作用，此时电路呈电感性。用大于电容的作用，此时电路呈电感性。 (2(2）当）当X0 X0 时，即时，即X XL LXXC C时，此时时，此时00，表明电压滞后电流，表明电压滞后电流角。电角。电容电压容电压 补偿电感电压补偿电感电压 后尚有余量，即电容的作用大于电感的作用，后尚有余量，即电容的作用大于电感的作用，此时电路呈电容性。此时电路呈电容性。 (3)(3)当当X=0X=0

10、时，即时，即X XL L=X=XC C时，此时时，此时=0=0，表明电压与电流同相，此时电，表明电压与电流同相，此时电路呈电阻性。路呈电阻性。LUCUCULU返回返回第二节第二节 交流电路交流电路2.2.电压三角形电压三角形 根据根据KVLKVL定律，利用阻抗三角形，就可得出定律，利用阻抗三角形，就可得出R R、L L、C C串联电路的各个串联电路的各个电压之间的关系。在图电压之间的关系。在图2.82.8中，中，R R、L L、C C串联，三者流过的电流相同，设串联，三者流过的电流相同，设电流为电流为根据根据KVLKVL定律可得定律可得 对应的电流电压有效值相量表达式为对应的电流电压有效值相量

11、表达式为 （2.26）由式（由式（2.262.26）可见，将阻抗三角形的各个边乘以电流）可见，将阻抗三角形的各个边乘以电流 就可得到就可得到R R、L L、C C串联的电压关系图，如图串联的电压关系图，如图2.102.10所示。所示。tIimsinCLRuuuuIZIjXIRIXXjIRIjXIjXIRUUUUCLCLCLR)(I图图2.10第二节第二节 交流电路交流电路 图图2.10(a)2.10(a)为电压相量图，为电压与电流之间的相位差，数值上与为电压相量图，为电压与电流之间的相位差，数值上与阻抗角相等。图阻抗角相等。图2.10(b2.10(b）为电压相量三角形，图）为电压相量三角形，图

12、2.10(c2.10(c）是电压有效值）是电压有效值三角形，简称电压三角形，有效值之间的关系为三角形，简称电压三角形，有效值之间的关系为 （2.272.27）电压与电流有效值之间的关系为电压与电流有效值之间的关系为 （2.282.28） 与与 之间的相位差之间的相位差 （2.292.29） 2222)(CLRXRUUUUUUZUI UIiuRXarctanUUarctanRX返回返回第二节第二节 交流电路交流电路3.功率三角形功率三角形 将电压三角形的各个边乘以电流将电压三角形的各个边乘以电流I I ，就可得到功率三角形，如图，就可得到功率三角形，如图2.112.11所示。图所示。图2.112

13、.11中中P P为为有功功率有功功率，即电阻所消耗的功率，单位是瓦（，即电阻所消耗的功率，单位是瓦（W W） P=UP=UR RI=ScosI=Scos 图图2.112.11中中Q Q为总的为总的无功功率无功功率，是，是L L和和C C串联后与电源之间的互换功率，串联后与电源之间的互换功率，单位是乏（单位是乏（varvar）。）。 Q = QQ = QL L- Q- QC C = Ssin = Ssin （2.30） 式（式（2.302.30）说明）说明L L和和C C两种储能元件同时接在电路中，两者之间可进两种储能元件同时接在电路中，两者之间可进行能量的互换，减少了与电源之间能量的互换行能量

14、的互换，减少了与电源之间能量的互换。第二节第二节 交流电路交流电路 图图2.112.11中中S S称为称为视在功率视在功率，是电源所提供的功率，单位为伏安（，是电源所提供的功率，单位为伏安（VA ) VA ) S=UI= =S=UI= = 图图2.112.11中的中的 称为称为功率因数角功率因数角，在数值上功率因数角、阻抗角和总，在数值上功率因数角、阻抗角和总电压与电流之间的相位差，三者之间是相等的。电压与电流之间的相位差，三者之间是相等的。图2.11功率三角形22QP cosP返回返回第二节第二节 交流电路交流电路2.32.3功率因数的提高功率因数的提高功率因数是有功功率与视在功率之比功率因

15、数是有功功率与视在功率之比，用字母，用字母 表示。表示。 在只有电感或电容元件的电路中，在只有电感或电容元件的电路中，P=O , S = Q P=O , S = Q ， = O = O ，功，功率因数最低，在只有电阻元件的电路中，率因数最低，在只有电阻元件的电路中，Q = 0 , S = PQ = 0 , S = P， =1 =1 ，功率因数最高。功率因数最高。如果电感如果电感L L很大，可采用并接电容的方法提高功率因很大，可采用并接电容的方法提高功率因数数，电路如图，电路如图2.12 ( a 2.12 ( a ）所示。图）所示。图2.12(a2.12(a）中的）中的R R为电感线圈的导为电感

16、线圈的导线电阻。线电阻。cosSp 图2.12 提高功率因素的方法 第二节第二节 交流电路交流电路 并联电路选择电压为参考量并联电路选择电压为参考量, , ，电流之间的相量关系可根，电流之间的相量关系可根据据KCLKCL定律得出定律得出 。由图。由图2.12(b)2.12(b)相量图和式相量图和式 得出电容支路电流的有效值为得出电容支路电流的有效值为又根据电容电路有又根据电容电路有 (2.31)(2.31) CUXUIC)tan(tanUPCU1 )tan(tan12 UPCLCIII0UUcoscosUISP)tan(tansincossincossinsin1111UpUPUPIIILC第

17、二节第二节 交流电路交流电路 式中，式中， 为没并电容时的功率因数角，可根据条件在三个三角形为没并电容时的功率因数角，可根据条件在三个三角形中的任意一个求得。中的任意一个求得。 为并入电容后的功率因数角，可根据要达到的为并入电容后的功率因数角，可根据要达到的 =cos =cos 的值求得。一般要求的值求得。一般要求0 .9 0 .9 1 1 。如。如 =1 =1 电路则产生电路则产生谐振，损坏电气设备。谐振，损坏电气设备。提高功率因数能使电源设备得到充分利用，又提高功率因数能使电源设备得到充分利用，又能减小供电电流，减小线路的损耗能减小供电电流，减小线路的损耗。 1第二节第二节 交流电路交流电

18、路2.4 电路中的谐振电路中的谐振 所谓所谓谐振谐振，是指在含有电容和电感的电路中，当调节电路的参数或，是指在含有电容和电感的电路中，当调节电路的参数或电源的频率，使电路的总电压和总电流相位相同时，整个电路的负载呈电源的频率，使电路的总电压和总电流相位相同时，整个电路的负载呈电阻性，这时电路就发生了谐振，谐振分为电阻性，这时电路就发生了谐振，谐振分为串联谐振串联谐振和和并联谐振并联谐振。 R R、L L、C C串联电路如图串联电路如图2.13(a2.13(a）所示。）所示。图2.13串联谐振第二节第二节 交流电路交流电路2.4.1串联谐振串联谐振 当当 与与 同相时，即同相时，即 =0=0，电

19、路产生串联谐振。由阻抗三角，电路产生串联谐振。由阻抗三角形可得出，串联谐振的条件是形可得出，串联谐振的条件是 即即 = =式中，式中， 为谐振频率为谐振频率 (2.32)(2.32) 式（式（2.322.32）说明，当调节）说明，当调节L L或或C C时就可改变谐振频率时就可改变谐振频率 ，而调节电，而调节电源的频率使源的频率使f= f= ，就可产生谐振。，就可产生谐振。 0f0f0fUICLXXLf02Cf021LC210f=第二节第二节 交流电路交流电路串联谐振的特点：串联谐振的特点：( 1 )( 1 )电路的阻抗最小并呈电阻性，根据阻抗三角形有电路的阻抗最小并呈电阻性，根据阻抗三角形有(

20、 2 )( 2 )电路中的电流最大，为电路中的电流最大，为( 3 ( 3 ）当）当 时，时， ，串联谐振可以在电容和电感两端产，串联谐振可以在电容和电感两端产生高压，故又称其为电压谐振。生高压，故又称其为电压谐振。谐振电容两端的电压谐振电容两端的电压 或电感线圈两端的电压或电感线圈两端的电压 与总电压与总电压U U的比值，的比值，称为串联谐振电路的品质因数，用字母称为串联谐振电路的品质因数，用字母Q Q表示为表示为 Q= = = = RXXRZCL)(20RUZUI00CLXX RCLUU UCULUUUCUULCR10RL0第二节第二节 交流电路交流电路2.4.2并联谐振并联谐振电感线圈与电

21、容并联的电路如图电感线圈与电容并联的电路如图2.15(a2.15(a）所示。）所示。 图图2.15 2.15 并联谐振并联谐振图图2.15(a)2.15(a)中中R R为线圈电阻，一般很小，特别是在频率较高时，为线圈电阻，一般很小，特别是在频率较高时，R L , R L , 与与 同相时，即同相时，即 0 0 ，电路产生并联谐振。由复阻抗的串并联关系可推导出并联谐振的，电路产生并联谐振。由复阻抗的串并联关系可推导出并联谐振的条件是（在条件是（在 R R 时，一般情况都能满足）时，一般情况都能满足） = = 。谐振频率为。谐振频率为0IULXLXCXCXLC210f=第二节第二节 交流电路交流电

22、路并联谐振的特点：并联谐振的特点：( 1 )( 1 )电路的阻抗最大，呈电阻性，电路的阻抗最大，呈电阻性， = =( 2 )( 2 )电路的总电流量小，电路的总电流量小， = =( 3 )( 3 )谐振总电流谐振总电流 和支路电流和和支路电流和 和和 的相量关系如图的相量关系如图2.15(b2.15(b）所示。）所示。并联谐振各支路电流大于总电流，所以并联谐振又称为电流谐振。并联谐振并联谐振各支路电流大于总电流，所以并联谐振又称为电流谐振。并联谐振在电子线路中有着广泛的应用，而在电力工程中应避免谐振给电气设备带来在电子线路中有着广泛的应用，而在电力工程中应避免谐振给电气设备带来危害。危害。0I

23、0zRCL0ZULICI0I第二节第二节 交流电路交流电路2.5 2.5 三相交流电路三相交流电路 目前发电及供电系统都是采用三相交流电，在日常生活中所使用的交目前发电及供电系统都是采用三相交流电，在日常生活中所使用的交流电源，只是三相交流电中的一相。本小节主要介绍三相交流电源，以流电源，只是三相交流电中的一相。本小节主要介绍三相交流电源，以及对电压、电流和功率的分析。及对电压、电流和功率的分析。 第二节第二节 交流电路交流电路2.5.1 2.5.1 三相交流电源三相交流电源 三相交流电是由三相同步发电机产生的。三相同步发电机内有三个结构相同、三相交流电是由三相同步发电机产生的。三相同步发电机

24、内有三个结构相同、空间位置互差空间位置互差1201200 0对称分布的固定绕组，在同一旋转磁场中切割磁力线，产生三对称分布的固定绕组，在同一旋转磁场中切割磁力线，产生三相对称的交流电，如图相对称的交流电，如图2.162.16所示。所示。 图图2.16 2.16 三相交流电三相交流电 、 、 分别为三个对称的单相交流电，三个引出线分别称为分别为三个对称的单相交流电，三个引出线分别称为A A 相线、相线、B B 相线、相线、C C 相线，俗称相线，俗称火线火线。N N 引出线称为中线，俗称引出线称为中线，俗称零线零线。相。相线与中线之间的电压线与中线之间的电压 、 、 称为称为相电压相电压，其有效

25、值用，其有效值用 表示。表示。相线与相线之间的电压相线与相线之间的电压 、 、 称为称为线电压线电压，其有效，其有效值用值用 表示。线电压表示。线电压 与相电压与相电压 的关系，的关系， = =如在我国低压配电系统中相电压为如在我国低压配电系统中相电压为220V ,220V ,线电压线电压 = 220=380V= 220=380V。tUumAsin)120sin(tUumB)120sin()240sin(tUtUummCAuBuCuABuBCuCAuPuLuAuBuCuLuPu3LuLuPu3第二节第二节 交流电路交流电路第二节第二节 交流电路交流电路2.5.2 2.5.2 三相交流电的功率三

26、相交流电的功率 三相负载总功率与负载的连接方式无关三相负载总功率与负载的连接方式无关, , 三相负载总的有功功率等于各相有功功率代数和三相负载总的有功功率等于各相有功功率代数和， 即：即： 三相总的无功功率等于各相无功功率的代数和三相总的无功功率等于各相无功功率的代数和， 即：即： 三相总的视在功率根据功率三角形可得：三相总的视在功率根据功率三角形可得： CBAPPPPCBAQQQQ22QPS第二节第二节 交流电路交流电路负载与三相电源连接时尽可能对称分布。如果负载与三相电源连接时尽可能对称分布。如果负载对称，则三相总的功负载对称，则三相总的功率分别为率分别为：式中，式中， 是相电压是相电压

27、与相电流与相电流 之间的相位差。之间的相位差。 应该注意，虽然应该注意，虽然Y Y形连接和形连接和形连接计算功率的形式相同，但其具体形连接计算功率的形式相同，但其具体的计算值并不相等。的计算值并不相等。 cosIU3cosI3UPLLPPsinIU3sinI3UQLLPPLLPPIU3I3USPUPI电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电源直流电源 第二节第二节 交流电源交流电源 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 第三节

28、第三节 变压器与电动机变压器与电动机第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.1 3.1 变压器变压器 变压器是利用电磁感应原理制成的，它是传输电能或信号的静止电变压器是利用电磁感应原理制成的，它是传输电能或信号的静止电器，种类很多，应用十分广泛。它能实现变压、变流、变阻抗及电隔离器，种类很多，应用十分广泛。它能实现变压、变流、变阻抗及电隔离作用。作用。 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 变压器由变压器由铁心铁心和和绕组绕组两部分组成，如图两部分组成，如图3.13.1所示。这是一个简单的双所示。这是一个简单的双绕组变压器，在一个闭合铁心上套有两组绕组。绕组变压器，在一个闭合铁心上

29、套有两组绕组。N Nl l为一次绕组的匝数，为一次绕组的匝数，一次绕组也称为原绕组或原边。一次绕组也称为原绕组或原边。N N2 2为二次绕组的匝数，二次绕组也称为为二次绕组的匝数，二次绕组也称为副绕组或副边。通常绕组都用铜或铝制漆包线绕制而成。副绕组或副边。通常绕组都用铜或铝制漆包线绕制而成。 图图3.1 3.1 变压器结构示意图变压器结构示意图 铁心是用铁心是用0.350.350.50.5的硅钢片叠压而成，为了降低磁阻，一般用交错的硅钢片叠压而成，为了降低磁阻，一般用交错叠安装的方式，即将每层硅钢片的接缝处错开。叠安装的方式，即将每层硅钢片的接缝处错开。变压器一、二次绕组电流、电压的有效值与

30、匝数的关系为：变压器一、二次绕组电流、电压的有效值与匝数的关系为：122121IINNUU第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.2 3.2 三相异步电动机三相异步电动机 电动机是能量转换装置，把机械能转化为电能的装置称为发电机，电动机是能量转换装置，把机械能转化为电能的装置称为发电机，把电能转化为机械能的装置称为电动机把电能转化为机械能的装置称为电动机。电动机主要用于拖动生产机械。电动机主要用于拖动生产机械之用，电动机按所需电源的种类可分为交流电动机和直流电动机，交流之用，电动机按所需电源的种类可分为交流电动机和直流电动机，交流电动机又可分为异步电动机和同步电动机。其中异步电动机由于结

31、构简电动机又可分为异步电动机和同步电动机。其中异步电动机由于结构简单、运行可靠、维护方便和价格便宜，是所有电动机中应用最广泛的一单、运行可靠、维护方便和价格便宜，是所有电动机中应用最广泛的一种。种。 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.2.1 3.2.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 三相异步电动机分成两个基本组成部分：三相异步电动机分成两个基本组成部分：定子定子（固定部分）和（固定部分）和转子转子（转动部分），如图（转动部分），如图3.23.2所示。所示。 图图3.2 3.2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 三相异步

32、电动机的定子由机座和装在机座内的圆筒形铁心及三相定三相异步电动机的定子由机座和装在机座内的圆筒形铁心及三相定子绕组构成。机座是用铸铁或铸钢所制成，铁心是由相互绝缘的硅钢片子绕组构成。机座是用铸铁或铸钢所制成，铁心是由相互绝缘的硅钢片叠成（与变压器铁心一样）。铁心圆筒内表面冲有槽，如图叠成（与变压器铁心一样）。铁心圆筒内表面冲有槽，如图3.33.3所示，用所示，用来放置三相对称绕组来放置三相对称绕组AX , BYAX , BY，CZCZ，三相绕组可接成星形或三角形。，三相绕组可接成星形或三角形。 图图3.3 3.3 定子和转子的铁心定子和转子的铁心 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 三

33、相异步电动机的转子有两种形式，即三相异步电动机的转子有两种形式，即鼠笼式鼠笼式和和绕线式绕线式。转子铁心。转子铁心是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽，以放置导条或绕组，轴上加是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽，以放置导条或绕组，轴上加机械负载。鼠笼式转子做成鼠笼状，就是在转子铁心的槽中置入铜条或机械负载。鼠笼式转子做成鼠笼状，就是在转子铁心的槽中置入铜条或铝条（导条），其两端用端环连接，称为短路环，如图铝条（导条），其两端用端环连接，称为短路环，如图3.43.4所示。在中小所示。在中小型鼠笼式电动机中，转子的导条多用铸铝制成型鼠笼式电动机中，转子的导条多用铸铝制成。图图3.4 3.4 鼠笼

34、式转子鼠笼式转子 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 绕线式异步电动机的结构如图绕线式异步电动机的结构如图3.53.5所示，它的转子绕组同定子绕组一所示，它的转子绕组同定子绕组一样，也是三相，接成星形。每相的始端接在三相滑环上，尾端接在一起，样，也是三相，接成星形。每相的始端接在三相滑环上，尾端接在一起，滑环固定在转轴上，同轴一起旋转，环与环，环与轴，都相互绝缘，在滑环固定在转轴上，同轴一起旋转，环与环，环与轴，都相互绝缘，在环上用弹簧压着碳质电刷，借助于电刷可以改变转子电阻以改变它的起环上用弹簧压着碳质电刷，借助于电刷可以改变转子电阻以改变它的起动和调速性能。动和调速性能。 3.53

35、.5图图 绕线式转子绕线式转子第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.2.2 3.2.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 在三相异步电动机定子铁心中放有三相对称绕组在三相异步电动机定子铁心中放有三相对称绕组AXAX、BYBY、CZCZ，将三，将三相绕组结成星形接在三相电源上，绕组中便通入三相对称正弦电流为相绕组结成星形接在三相电源上，绕组中便通入三相对称正弦电流为其波形如图其波形如图3.63.6所示。所示。 图图3.6 3.6 三相对称正弦电流三相对称正弦电流 tIimAsin)120sin(tIimB)120sin(tIimC第三节

36、第三节 变压器与电动机变压器与电动机 设在正半周时，电流从绕组的首端流入，尾端流出。在负半周时，设在正半周时，电流从绕组的首端流入，尾端流出。在负半周时，电流从绕组的尾端流入，首端流出。取各个不同的时刻，分析定子绕组电流从绕组的尾端流入，首端流出。取各个不同的时刻，分析定子绕组中电流产生合成磁场的变化情况，用以判断它是否为旋转磁场。中电流产生合成磁场的变化情况，用以判断它是否为旋转磁场。 在在 时，定子绕组中电流方向如图时，定子绕组中电流方向如图3.7(a）所示，此时）所示，此时iA=0, iC为正半周，其电流从首端流入，尾端流出，为正半周，其电流从首端流入，尾端流出，iB为负半周，电流从尾端

37、流为负半周，电流从尾端流入，首端流出。可由右手定则判断合成磁场的方向。同理可得出入，首端流出。可由右手定则判断合成磁场的方向。同理可得出 （b图）和图）和 (c图）时的合成磁场方向，由图发现，当定子绕组图）时的合成磁场方向，由图发现，当定子绕组中通入三相电流后，它们产生的合成磁场是随电流的变化在空间不断地中通入三相电流后，它们产生的合成磁场是随电流的变化在空间不断地旋转着。旋转着。 0t 60t 90t第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机2.2.磁场的方向磁场的方向 旋转磁场的转向和三相电流旋转磁场的转向和三相电流i iA A、i iB B、i iC C的顺序有关，也称相序。以上的顺序有

38、关，也称相序。以上是按是按ABCABC的相序，旋转磁场就按顺时针方向旋转。如将三相电源的任的相序，旋转磁场就按顺时针方向旋转。如将三相电源的任意两相对调位置，可发现此时旋转磁场也反转，因此意两相对调位置，可发现此时旋转磁场也反转，因此改变相序可以改变改变相序可以改变三相异步电动机的转向三相异步电动机的转向。 图图3.7 旋转磁场的产生（旋转磁场的产生（p=1)第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 图图3.8 3.8 旋转磁场的反转旋转磁场的反转第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机3.旋转磁场的极数旋转磁场的极数 旋转磁场的极数与每相绕组的串联个数有关，以上为每相有一个绕旋转磁场的极

39、数与每相绕组的串联个数有关，以上为每相有一个绕组，能产生一对磁极组，能产生一对磁极( p=1,p( p=1,p为极对数为极对数) )。当每相有两个绕组串联，则绕。当每相有两个绕组串联，则绕组的首端之间的相位差为组的首端之间的相位差为1201200 0/2=60/2=600 0 ，则产生的旋转磁场具有两对极，则产生的旋转磁场具有两对极（P=2P=2）称）称4 4极电动机极电动机，如图，如图3.93.9和图和图3.103.10所示。所示。图图3.9 产生产生4极旋转磁场的定子绕组极旋转磁场的定子绕组 同理，每相有同理，每相有3 3个绕组串联（个绕组串联（p=3p=3时，时，6 6极电动机），绕组首

40、端之间相极电动机），绕组首端之间相位差为位差为1201200 0/ 3=40/ 3=400 0空间角。空间角。第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机 图图3.10 3.10 三相电流产生的旋转磁场（三相电流产生的旋转磁场（p=2p=2） 第三节第三节 变压器与电动机变压器与电动机4 4 旋转磁场的转速旋转磁场的转速( (同步转速同步转速n n0 0 ) ) 旋转磁场的转速决定于磁极数。在一对磁极的情况下，当电流从旋转磁场的转速决定于磁极数。在一对磁极的情况下，当电流从 到到 时，磁极也旋转了时，磁极也旋转了6060，设电源的频率为，设电源的频率为f f，即电，即电流每秒钟交变流每秒钟交变f

41、 f次或每分钟交变了次或每分钟交变了60f60f次次, ,则旋转磁场的转速为则旋转磁场的转速为n n0 060f,60f,转转速的单位为转速的单位为转/ /分（分（r/minr/min）；在两对磁极的情况下，当电流从）；在两对磁极的情况下，当电流从 到到 经历了经历了6060时，而磁场在空间仅旋转了时，而磁场在空间仅旋转了3030 ，当电流交变，当电流交变一周时，磁场转过半周，比一周时，磁场转过半周，比p = 1 p = 1 的情况转速慢了一半，即的情况转速慢了一半，即 n n0 0=60f/2=60f/2，同理，在三对磁极的情况下同理，在三对磁极的情况下,n,n0 0 =60f/ 3 =60

42、f/ 3 。由此可知，当旋转磁场有。由此可知，当旋转磁场有p p 对磁极时，其旋转磁场的转速为对磁极时，其旋转磁场的转速为 n n0 0=60f/p =60f/p ( 3.1 )( 3.1 ) 在我国，在我国，工频工频f=50Hzf=50Hz，由式（，由式（3.13.1）可得出对应于不同极对数）可得出对应于不同极对数p p 的旋的旋转磁场转速转磁场转速n n0 0： 0t 60t 0t 60tp123456n0(r/min)300015001000750600500电工基础与系统组成基础知识基础知识 第一章第一章第一节第一节 直流电源直流电源 第二节第二节 交流电源交流电源 第三节第三节 变压

43、器与电动机变压器与电动机 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 第五节第五节 集成运算放大器集成运算放大器 第六节第六节 直流稳压电源直流稳压电源 第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.1 4.1 二极管二极管4.1.14.1.1二极管的基本结构二极管的基本结构 将将PN PN 结加上相应的封装并引出两根电极就构成了结加上相应的封装并引出两根电极就构成了二极管二极管。常用的封。常用的封装有金属封装、塑料封装和玻璃封装等。从装有金属封装、塑料封装和玻璃封装等。从P P区引出的线称为区引出的线称为阳极阳极，用，用“+

44、+”表示；从表示；从N N 区引出的线称区引出的线称阴极阴极，用，用“- -”表示。如图表示。如图4.1 4.1 所示。所示。 图4.1 二极管第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.1.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的伏安特性二极管的伏安特性就是加在二极管两端的电压与流过二极管电流之就是加在二极管两端的电压与流过二极管电流之间的关系，即间的关系，即I=f(u)。如图。如图4.2 所示为硅二极管和锗二极管的实际伏安特所示为硅二极管和锗二极管的实际伏安特性曲线，由图可见，二极管的伏安特性是非线性的，说明性曲线，由图可见，二极管的伏安特性是非线性的，说明二极管是非线二极管

45、是非线性元件性元件。1 正向特性正向特性图图4.2二极管二极管的伏安特性的伏安特性2 反向特性反向特性3 反向击穿特性反向击穿特性第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用1 1 正向特性正向特性 在图在图4.24.2中曲线中曲线的部分为正向特性，由图可见，在外加正向电压较的部分为正向特性，由图可见，在外加正向电压较小时，由于外电场较弱，还不足以克服小时，由于外电场较弱，还不足以克服PN PN 结内电场对多数载流子扩散运结内电场对多数载流子扩散运动的阻挡作用。所以，此时正向电流很小，几乎为零，二极管呈现出很动的阻挡作用。所以，此时正向电流很小，几乎为零，二极管呈现出很大的电阻。大的电阻

46、。 电流几乎为零的范围称为死区电压，用电流几乎为零的范围称为死区电压，用U UT T来表示。一般硅二极管的来表示。一般硅二极管的死区电压为死区电压为0.7V0.7V，锗二极管的死区电压为，锗二极管的死区电压为O.3VO.3V。 当正向电压超过死区电压后，当正向电压超过死区电压后，PNPN结内电场被大大削弱，电流急剧增结内电场被大大削弱，电流急剧增加，二极管处于正向导通状态，此时二极管的电阻很小，其电压降也很加，二极管处于正向导通状态，此时二极管的电阻很小，其电压降也很小，一般约为死区电压。小，一般约为死区电压。 返回返回第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用2 2 反向特性反向特性

47、 图中曲线图中曲线的部分为反向特性。二极管加反向电压时，由少数载流的部分为反向特性。二极管加反向电压时，由少数载流子漂移而形成的反向电流很小，且在一定电压范围内基本不随反向电压子漂移而形成的反向电流很小，且在一定电压范围内基本不随反向电压而变化，所以这个电流称反向电流。反向电流只随着温度升高而增加，而变化，所以这个电流称反向电流。反向电流只随着温度升高而增加，一般硅二极管的反向电流约为一般硅二极管的反向电流约为1 1 微安至几十微安，锗二极管的反向电流微安至几十微安，锗二极管的反向电流可达几十到几百微安。由二极管的正向特性及反向特性可以看出其单向可达几十到几百微安。由二极管的正向特性及反向特性

48、可以看出其单向导电性。导电性。返回返回第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用3 3 反向击穿特性反向击穿特性 图中曲线图中曲线 的部分为反向击穿特性。当外加反向电压达到一定值时，的部分为反向击穿特性。当外加反向电压达到一定值时，反向电流将突然增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为击穿，此反向电流将突然增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为击穿，此时的电压称为反向击穿电压，用时的电压称为反向击穿电压，用U UBRBR来表示。二极管被击穿后一般不能恢来表示。二极管被击穿后一般不能恢复原来的特性，便失效了。复原来的特性，便失效了。 击穿发生在空间电荷区，发生的原因一种是当反向电压高到

49、一定数击穿发生在空间电荷区，发生的原因一种是当反向电压高到一定数值时，因外电压过强，而把共价键中的价电子强行拉出，造成很大的反值时，因外电压过强，而把共价键中的价电子强行拉出，造成很大的反向电流；另一种是强电场引起自由电子加速后与原子碰撞，将价电子轰向电流；另一种是强电场引起自由电子加速后与原子碰撞，将价电子轰击出共价键而产生新的电子空穴对，使少数载流子的数量增加，形成很击出共价键而产生新的电子空穴对，使少数载流子的数量增加，形成很大的反向电流。大的反向电流。返回返回第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.24.2三极管三极管4.2.14.2.1三极管的基本结构三极管的基本结构

50、半导体三极管又称半导体三极管又称晶体管晶体管，是最重要的电子器件，它具有电流放大作，是最重要的电子器件，它具有电流放大作用和开关的作用。三极管的结构主要有平面型和合金型两大类，如图用和开关的作用。三极管的结构主要有平面型和合金型两大类，如图4.3 4.3 所示。硅管主要是平面型，锗管都是合金型，它是通过一定的工艺在一块所示。硅管主要是平面型，锗管都是合金型，它是通过一定的工艺在一块半导体基片上制成两个半导体基片上制成两个PN PN 结，再引出结，再引出3 3 个电极，然后用管壳封装而成。个电极，然后用管壳封装而成。图4.3 三极管的结构及外形第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用不

51、论平面型或合金型，都分为不论平面型或合金型，都分为NPNNPN 型或型或 PNPPNP 型两类，其结构示意图和表型两类，其结构示意图和表示符号如图示符号如图4.4 4.4 所示。所示。图图4.4 4.4 三极管的结构示意图三极管的结构示意图第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.2.24.2.2三极管的特性曲线三极管的特性曲线 三极管的特性曲线是用来表示该三极管各极电压和电流之间相互关三极管的特性曲线是用来表示该三极管各极电压和电流之间相互关系的，它反映出三极管的性能，也是分析放大电路的重要依据，最常用系的，它反映出三极管的性能，也是分析放大电路的重要依据，最常用的是共射极接法的

52、的是共射极接法的输入特性曲线输入特性曲线和和输出特性曲线输出特性曲线。图图4.5 4.5 三极管的特性曲线三极管的特性曲线第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用输入特性曲线输入特性曲线是指当集是指当集- -射极电压射极电压 为常数时，基极电流为常数时，基极电流 与基射极与基射极电压电压 之间的关系曲线，即：之间的关系曲线，即： ，如图，如图4.5(a)4.5(a)所示。所示。输出特性曲线输出特性曲线是指当基极电流是指当基极电流 为常数时，三极管的集电极电流为常数时，三极管的集电极电流 和和集集. .射极电压射极电压 之间的关系曲线，即：之间的关系曲线，即： 。在不同的。在不同的I

53、IB B下，可得出一族不同的曲线，如图下，可得出一族不同的曲线，如图4.5( b )4.5( b )所示。所示。CEUBIBEU常数CEBEUUf| )(IB常数BCECI | )f(UICIBICEU第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.34.3三极管放大电路及负反馈三极管放大电路及负反馈4.3.14.3.1基本电压放大电路的组成基本电压放大电路的组成 放大电路一般由放大电路一般由电压放大电压放大和和功率放大功率放大两部分组成。先由电压放大电两部分组成。先由电压放大电路将微弱信号加以放大去推动功率放大电路，再由功率放大电路输出足路将微弱信号加以放大去推动功率放大电路，再由功率

54、放大电路输出足够大的功率去推动执行元件。够大的功率去推动执行元件。电压放大电路通常工作在小信号情况下，电压放大电路通常工作在小信号情况下，而功率放大电路通常工作在大信号情况下而功率放大电路通常工作在大信号情况下。第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用 如图如图4.6 4.6 所示是由所示是由NPNNPN型晶体管组成的最基本的放大单元电路。作为型晶体管组成的最基本的放大单元电路。作为放大电路中的晶体管，只有三个电极，因此必有一个电极作为输入、输放大电路中的晶体管，只有三个电极，因此必有一个电极作为输入、输出电路的公共端。由于公共端选择不同，晶体管有三种连接方式，即出电路的公共端。由于

55、公共端选择不同，晶体管有三种连接方式，即共共发射极电路发射极电路，共集电极电路共集电极电路和和共基极电路共基极电路。图图4.64.6共射极单管放大电路共射极单管放大电路第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.3.24.3.2放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈反馈的概念反馈的概念 所谓所谓反馈反馈，就是将放大电路输出端的电量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定，就是将放大电路输出端的电量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定网络再送回输入端。网络再送回输入端。反馈的形式反馈的形式(1)正反馈和负反馈正反馈和负反馈(2)直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈(3)电压反馈和电流反馈

56、电压反馈和电流反馈(4)串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 反馈技术在电子电路中得到了极为广泛的应用。在放大电路中采用负反馈，可以改善反馈技术在电子电路中得到了极为广泛的应用。在放大电路中采用负反馈，可以改善放大电路性能。因此实用的放大电路几乎都采用负反馈，故通常也称为放大电路性能。因此实用的放大电路几乎都采用负反馈，故通常也称为负反馈放大电路负反馈放大电路。第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.44.4晶闸管晶闸管4.4.14.4.1晶闸管结构晶闸管结构 晶闸管又称晶闸管又称可控硅可控硅，它是一种大功率可控整流元件。晶闸管是由三个，它是一种大功率可控整流元件。晶闸管是由三个

57、PN PN 结结组成的半导体器件，其内部结构如图组成的半导体器件，其内部结构如图4.7(a)4.7(a)所示。它有三个电极：由外层所示。它有三个电极：由外层P P区引区引出的电极为阳极出的电极为阳极A A、外层、外层N N区引出的电极为阴极区引出的电极为阴极K K、中间、中间P P区引出的电极为控制极区引出的电极为控制极G G（又称触发极或门极）。图（又称触发极或门极）。图4.7(b)4.7(b)为螺栓型结构晶闸管的外形，螺栓那一端是为螺栓型结构晶闸管的外形，螺栓那一端是阳极引出端，并利用它与散热器固定；另一端粗的引出线是阴极，细的是控制极。阳极引出端，并利用它与散热器固定；另一端粗的引出线是

58、阴极，细的是控制极。图图4.7(c)4.7(c)是一种小功率塑封式晶闸管，图是一种小功率塑封式晶闸管，图4.7(d)4.7(d)为晶闸管电路符号。为晶闸管电路符号。 图图4.74.7晶闸管结构、外形及符号晶闸管结构、外形及符号第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用4.4.24.4.2晶闸管的应用晶闸管的应用1.可控整流可控整流2.双向晶闸管及其交流调压双向晶闸管及其交流调压3.可关断晶闸管及其直流调压可关断晶闸管及其直流调压第四节第四节 半导体元件及其应用半导体元件及其应用1.1.可控整流可控整流 利用二极管作为整流元件的整流电路，其输出直流电压的大小是不利用二极管作为整流元件的整

59、流电路，其输出直流电压的大小是不能调节的，称为不可控整流电路，而利用晶闸管作为整流元件的整流电能调节的，称为不可控整流电路，而利用晶闸管作为整流元件的整流电路，其输出直流电压的大小是可以调节的，称为路，其输出直流电压的大小是可以调节的，称为可控整流电路可控整流电路。图图4.84.8单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 图图4.84.8（a a）是单相桥式半控整流电路，由于其中两个桥臂为晶闸管，）是单相桥式半控整流电路，由于其中两个桥臂为晶闸管，另两个桥臂仍用二极管，故名半控。该电路的工作原理与二极管单相桥另两个桥臂仍用二极管，故名半控。该电路的工作原理与二极管单相桥式整流电路基本相同，只是

60、每当式整流电路基本相同，只是每当VTVT1 1或或VTVT2 2承受正向阳极电压，而且在该承受正向阳极电压，而且在该晶闸管的控制极加上控制电压时，它才开始导通，负载晶闸管的控制极加上控制电压时，它才开始导通，负载R RL L上才能得到输上才能得到输出电压和电流，因而出电压和电流，因而U U0 0的波形如图的波形如图4.8(b4.8(b）所示，可见）所示，可见U U0 0是一个不完整的是一个不完整的全波脉动电压，它相当于从完整的脉动电压上切去了全波脉动电压，它相当于从完整的脉动电压上切去了 前的一块。前的一块。 越越大，切去的部分越多，输出直流电压（大，切去的部分越多，输出直流电压（U U0 0