工控培训教程、手册合集电工电子技术基础

"世纪高职高专电子信息系列实用规划电工电子技术基 卢菊 宇海副主 詹绍 王东 金东琦wwwPLCworld 内容简本根据教育部高职高专培养目标的要求编写!共分四篇十二章!内容包括直流电路"正弦交流电路"常用半导体器件"放大器基础"直流稳压电源"数字电路"磁路与变压器"电动机"电气控制基础"供用电安全与测量基础"基础实训和综合实训#本适用于高职高专机电类专业及相近专业的电工电子技术基础课程的!也可作为机电行业相关工程人员的培训或参考#在版编目数"世纪高职高专电子信息系列实用规划,& &'0wwwPLCworld 名#电工电子技术基著作责任者#卢菊 宇海 主策划编辑# 责任编辑#李娉, 者 址#市海淀区成府路4 址; 话#邮购部4部!编辑部%部电子邮箱+ 者 者 者#新华书%毫米!毫 4印 千%年'月第" %年'月第"次印 价$$不得以任何方式或本书之部分或全部内容$电子邮箱 随着我国高等教育的发展和不断深入!为了推进素质教育!培养面向生产"管理"服务第一线的高等技术应用型人才!根据教育部高职高专培养目标的要求编写本#!章常用半导体器件和第1章放大器基础由詹绍成编写!第4章直流稳压电源和第$章电安全与测量基础由王东辉编写!第3章数字电路和第%章磁路与变压器由叶俊 " 章综合实训由周敏编写#本书由卢菊洪负责全书的统稿工作#本在编写过程中!坚持以能力为主线!在内容选择上!增加新知识"新技术减数学推导!在实验实训安排上!突出实践技能的培养#本结构合理!覆盖面广语简洁!便于学习#书中打"号部分是选用模块!可根据需求选用#本在编写过程中!叶战波"叶钢提供了一些编写素材!提出了许多宝贵的 world!在此表示感谢本可作为高职高专机电类专业及相近专业的电工电子技术基础课程的! 为机电行业相关工程人员的培训或参考#由于电力半导体技术飞速发展!电工电子技术不断更新!新情况和新技术不断 本书的编写带来了一定的!加上编写时间仓促!编者水平有限!不足 敬请广大读者批评指正 %年% 第一 电路基

)))))))))

!正弦量的相量表示方 )))))"用旋转相量表示正弦 3第% 直流电

)))))))))

!相量

)))))))%"电路组成及连

)))))))

-正弦交流电的相量分"电路的组

))))))

方 ))))))))%!电路中的基本物理

))

思考与练

))))))))-实际电路和电路模

))

-交流电路中的电路元

))))1电阻的连

))))))

))))))思考与练

)))))))))

!

))))))!电路的基本定

)))))))

-电容元

))))))"欧姆定

)))))))

思考与练

))))))))!基尔霍夫定

)))))

1单一元件的正弦交流电

)))思考与练

))))))))

"纯电阻电

)))))-电源的工作状态和电气设备

!纯电感电

)))))额定

))))))))))wwwPLCworld

-纯电容电

)))))

)))))

思考与练

))))))))!

))))

4电阻"电感与电容元件串联

))))))

交流电

)))))))))思考与练

))))))))

思考与练

))))))))1线性电路的基本原"电源等效变

))))))))))

3电路中的谐"串联谐

)))))))))))))!叠加定

))))))

!并联谐

))))))-戴维南定

)))))

思考与练

))))))))思考与练

))))))))

%功率因数的提

)))))))4电路中电位的计

))))))

思考与练

))))))))思考与练

))))))))

,三相交流电

)))))))本章小

)))))))))))

思考与练

))))))))习题

))))))))))))

'三相负载的连

)))))))第' 正弦交流电

)))))))

"负载的星形连

))))"正弦交流电的基本概

))))

!负载的三角形连

)))"正弦交流电的三要

))

思考与练

))))))))'!正弦交流电的有效

))

$三相电路的功

))))))'-正弦交流电的相位及

思考与练

))))))))思考与练习

))))))))))))))))

习题!

))))))))))))))))))))))) !放大电路的主要技第二 电子技术基

)))))))

指 ))))))))'第4 常用半导体器

))))))

思考与练

))))))))

)))))))

!单管共射放大

)))))))"二极管的基本结构

"基本电路形

)))))分 ))))))))

!放大器的构成原

)))!二极管的特

)))))

-基本共射放大电路的工作原-二极管的参

)))))

及波形分

)))))1二极管的温度特

)))

思考与练

))))))))4二极管的型号命名方

)

-射极输出

))))))))思考与练

))))))))

))))))!

)))))))

!"三极管的结构及符

))

应 ))))))))%!三极管的分类及型号命

思考与练

))))))))方 ))))))))

1放大器中的负反

))))))-三极管的电流分配与放

"反馈的概

)))))作 )))))))),

!反馈的分类及判别方

)1三极管的特性曲

)))

-负反馈对放大器性能4三极管的主要参

)))

影 ))))))))$3温度对三极管特性

思考与练

))))))))影 )))))))wPLCworld4

))))))))思考与练-

)))))))))))))))))

"功率放大器的特!乙类互补对称功

)))

))))

放大

)))))))-

)'

-甲乙类互补对称功-

放大

)))))))型管的比

)))))

思考与练

))))))))4思考与练

))))))))

3集成运算放大

)))))))4

))))))))))

"集成运放的结构"符

)3"晶闸管的分类"外形

!集成运算放大器的主结 ))))))))"

技术指

))))))3!晶闸管的工作原

)))

-集成运算放大器使-晶闸管的伏安特

)))

注意事

))))))%1晶闸管的主要参数和型 1集成运算放大器的封命名方

))))))

形 ))))))))思考与练

))))))))

思考与练

))))))))习题-

)))))))))))))))))))))))

习题1

)))))))))))))))))))))))第* 放大器基"放大电路概

))))))))')))))))'

第) 直流稳压电"直流电源的组

))))))))))))"放大的概

)))))'

思考与练

))))))))!整流电

)))))))))

"二进制计数

))))"电路的组成及工

!十进制计数

))))原理

-任意进制计数

)))!负载上直流电压和电流

思考与练

))))))))估算

4寄存

))))))))))-二极管的选

))))

"数码寄存

)))))思考与练

))))))))

!移位寄存

)))))-滤波电

)))))))))

思考与练

))))))))!

))))))))

3数码显示思考与练

))))))))))))))-

))))

"%

)))))思考与练

))))))))

"

)))))1稳压电

)))))))))

!

)))))"硅稳压二极管稳

思考与练

))))))))电路

本章小

)))))))))))!串联型稳压电-集成稳压电1开关型稳压电

))))))))))

习题3))))))))))))第三 电机与控制技术基 )))思考与练

))))))))

第( 磁路与变压

))))))"4

))))))

"磁路的基本概念与基本定

))本章小

)))))))))))wwwPLCworld

"铁磁材

))))))习题4

!磁路的概

)))))& 数字电

))))))))

-磁路的主要物理

))"数字电路概

)))))))

1磁路欧姆定

))))"数字电路的特

)))

思考与练

))))))))!数制和代

)))))

!交流铁芯线圈电

)))))思考与练

))))))))

思考与练

))))))))!逻辑门电

))))))))

-变压

))))))))))"与门电!或门电-非门电

))))))))))))))))))

!-

))))1复合门电

)))))

参数思考与练

))))))))

)))-触发

))))))))))

))

))))

思考与练

))))))))!

))))

1几种常用变压

))))))-

))))))

"三相电力变压

)))&1B触发

))))))

!自耦变压

)))))思考与练

))))))))

-互感

)))))))1计数

))))))))))

1电焊变压

))))) 思考与练

))))))))

'直流电动

))))))))本章小

)))))))))))

"直流电动机的结构及转习题

原理第5 电动

)))))))))

!直流电动机的励磁方

)"三相异步电动机的结构

思考与练

))))))))铭 ))))))))))

$控制电动

)))))))"三相异步电动机的基

"伺服电动

)))))结构

!步进电动

)))))!三相异步电动机铭

))

思考与练

))))))))思考与练

))))))))

本章小

)))))))))))!三相异步电动机的旋转磁

))

习题思考与练

))))))))

第6 电气控制基

))))))-三相异步电动机的转动原理及

"常用低压电

)))))))差 ))))))))))

"熔断

)))))))思考与练

))))))))

!开

))))))))1三相异步电动机的运

))))

-按钮"行程开

)))"电磁转矩与转子转速

1交流接触

)))))的关系曲

)))))

4继电

)))))))!转矩与功率的关

))

思考与练

))))))))-电磁转矩与电源电压关系wwwPLCworld

!三相异步电动机的基本控电 ))))))))))4思考与练

))))))))

"直接控制电

))))4三相异步电动机的启

))))

!启动"停止控制电路))%"

-正"反转控制电

))%!降压启

))))))

思考与练

))))))))思考与练

))))))))

"-

))))3三相异步电动机的调

))))

思考与练

))))))))"变极调!变频调

))))))))))))

"1思考与练

))))))))))))))))-变压调

))))))

本章小

)))))))))))思考与练

))))))))

习题%单相异步电动

))))))

$ 供用电安全与测量基

))"电容分相式异步电动

)

"供电与配电系

))))))!罩极式单相异步电动

)

"供电系统的组

)))思考与练

))))))))

!企业变配电所及一",

))))))))

系 )))))))"三相同步电动机的结构

思考与练

))))))))运转原

))))))

!安全用

))))))))!微型同步电动

)))

"电流对

))思考与练

))))))))

!可能的触电方

)))-接地和接

)))))

实训 交流测量基

))))))1触电急

)))))

实训 荧光灯的安装及功率因数思考与练

))))))))

提 )))))))))-电气火灾的防护及急

)

实训 三相交流电路的测

)))

)

实训 电子元件的识别"检测和焊!

))

技能训

)))))))思考与练

))))))))

实训 常用电子仪器的使

)))1电工测

))))))))

实训 二极管和整流"滤波电

)"电工测量基本知

))

实训 三极管和单管交流放!电工仪表基本知

))

电 )))))))))-常用电工仪表的使

实训十 集成运算放大器的应

)与测

))))))

实训十 组合逻辑电

)))))思考与练

))))))))

实训十 电动机的测试与应

))本章小

)))))))))))

实训十 电动机点动和自锁控

)习题

)))))))))))

' 综合实

))))))))"综合实训 模拟住宅供电电路四 基础实训与综合实

)))

安 )))))))"% 基础实

))))))))

综合实训 电子秒

)))))),实训 直流测量基础))))))

综合实训 电动机控制柜的安装实训 基尔霍夫定律与叠加定

)

调 )))))))实训 戴维南定

))))))))))))3第一 第! 本章要电路的组成与连接电路的基本定律电源的工作状态线性电路的基本原理电位的计算教学要介路际本章以简单的直流电路为例讨论电路的基本概念%基本定律以及常用分析方法$ 路的组成与连接%电路的基本定律%电源的工作状态和电气设备的额定值%线性介路际本原理及电位的计算等内容$通过对本章的学习&要求掌握电路基本变量之间的 用电路定律与定理分析电路&具有电路基本分析计算能力&利用电路理论解决 wwwPLCworld$为今后学习交流电路和电子技术打下基础wwwPLCworld 电路组成及连!电路的组电是能量和信息的良好载体!为了实现电能和电信号的产生"传输及使用#人们往往将若干电气元件按照特定的要求连接起来#构成电路!电路是电流的通路#它是为了某种需要由某些电气设备或元件按一定方式组合起来的!在复杂的网状电路中或讨论电路的某一普遍规律时#又将电路称为网络!电路和网络是通用的!实际上电路的形式是多种多样的#但是基本上由电源"负载和中间环节#部分组成!&电电源是产生电能或电信号的设备!将各种非电能如热能"化学能"机械能"光能和原子能等转换成电能的设备称为电源(将各物理量转变为电信号的装置称为信号源#信号源也是电源的一种!另外#将某种电能转换成特殊需要的电能装置也称为电源!例如#广泛应用于计算机网络"办公自动化"通信"航空航天等的'()不间断电源#将质量较差的市电转换成电压"频率稳定的高质量的交流电源#而且一旦市电供电中断#它能保持一段时间一般的供电 &负负载是使用电能或接收电信号的设备!与电源相反#负载将电能转换成其他形式的能量!在现代日趋复杂的各种电路中#负载和电源都是相对的概念!例如#电视中#某一级放大电路对于它的前一级放大电路而言可视做负载#而对于它的后一级电路则又被视做电源&中间环中间环节是把电能或信号从电源传输到负载的设备!它可以很简单如两根导线#也可以是一个具有极其复杂的控制功能的传输网!按电路的基本功能#可以把电路分为两类*第一类是信号的产生和处理电路(第二类是功率或能量的产生和处理电路!如各种物理量的测量电路"放大电路"声音"图像或文字处理电路等即属于第一类(各种整流电路"变频电路"逆变电路及直流变换电路等属于第二类!#电路中的基本物理电路的状态主要由电压"电流和电功率#个基本物理量来表示&电运单当导体中存在电场时#电荷在电场力的作用下运动#电场力对运动的电荷做功#荷的电能将减少#电能转化为其他形式的能量!电路中."/两点之间的电压!./正电荷在电场力的作用下由点移动到点/所减少的电能运单wwwPLCworld

+

中## 点.移动到点/的电荷量 移动过程中电荷所减小的电能对于直流电压#用大写字母$表示在电路分析中电压的参考方向有#种表示方式3" 极性#如图!所示!电压的参考方向从正极端指向负!采用实线箭头表示#如图!所示

+ 图!电压的参考方$/电压的实际方向是正电荷电能减少的方向#也是电场力对正电荷做功的方向在国际单位制中#电压的单位是 特#单位符号为!常用的单位还有*千"毫伏 等&电小等于单位时间内流过导体横截面的电荷量#用符号%表示#即%+#&

!式中## 时间内通过导体横截面的电荷量第! 为电流的实际方向为正电荷的运动方向!当电流的大小和方向不随时间变化时为值#这种电流为直流电流#用大写英文字母'表示#则式!可以写'&式中 时间&内通过导体横截面的电荷量

!'在国际单位制中#电流的主要单位是安 培#单位符号为#常用的单位还有*千安#毫安和 .无法标明电流的实际方向!为了计算方便#在电路分析中引入电流参考方向的概念!电流的参考方向是人为设定的电流运动的正方向#在电路中用实线箭头表示!在电参考方向一定的情况下#电流为代数量#其数值 正可负!若电流的实际方向与参考方向一致#则正为正值(若电流的实际方向与参考方向相反# 流方向之间的关系!&电功

i i图!#电流的参考方电流"电压的参考方向是进行电路分析与计算时可以任意假设的#互不相关的#

方向是从电压的正极性端指向负极性端#称为关联参考方向#反之称为非关联参考方向!惯上将无源元件取关联参考方向#这样对无源元件只需标出一个电压电流的参考方#电流电压的参考方向则按关联参考方向处理#而有源元件常取非关联参考方向!电路的基本作用之一是实现能量的传递#用功率来表示能量变化的速率#常用)表示在直流情况下#当电压"电流为关联参考方向)' !'根据功率的正负便可判断电路中哪个元件是电源#哪个元件是负载!在关联参考方向$实际电路和电路模组成电路的实际部件很多#如发电机"变压器"电动机"电池"晶体管以及各种电阻器和电容器等!它们在工作过程中都与电磁现象有关!如一个白炽灯#它除了具有消耗电能外#当通过电流时#它周围就要产生磁场#因而又兼有电感的性质!用这些实际部件组成电路时#如果不分主次#把各种性质都考虑在内#问题就非常复杂#给分析电路带来很大#甚至无法进行分析!为了便于对实际电路进行分析#必须在一定的条件下对实际部件加以理想化#突出其主要的电磁特性#而忽略其次要因素#用一个足以表征其主要性质的模型来表示它!这样#实际电路就可近似地认为是由这些理想电路元件组成的电路#也可称做实际电路的电路模型 各种理想元件都用一定的符号图形表示#图!示出了#种基本理想元件的图形符号(a) (c)图!$三种基本元件的图形符%电阻的连&电阻的串电路中有两个或多个电阻一个接一个地顺序相连#通过这些电阻的电流相同#这样的连!如图!所示为电阻!"和+#的串联电路#串联电阻在端口处的等效电阻为+!"# !'其等效电阻可以用一个电阻来代替#等于各串联电阻之和#其等效电路如图!所示&电阻的并电阻的并联形式如图!%所示#电路中每个电阻都直接承受电源电压#每个电阻都相同的电源电压下工作!III awwwPLCworldcnIR 图!%电阻的串

_图!&电阻的并&电阻的 $连接的等效变如图!所示的电路为电阻三角形连接#如图!所示的电路为电阻星形连结!根据对外等效的原则#有如下等效变换!1111(a)(b)图!'电阻的三端网星形连接变换成三角连

第! ) ++

"+ +# ++

!+ +"! ++!

三角形连接变换成星形连+

,+ # !+++ #

!'"+++ #++例特例例

!+="##!+$ !'"#!=#! #PLCwrlcn !#_+_+_9 图!(例!题 应用电阻- $等效变换分析电路#明确#个端钮和相应的电阻下标#画出等效"##

++

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'变换后根据电阻的串联化简原则#计算总电阻 +'$电源支路电电源发出的功

'+

.'A!"$$算#得到相同结果!思考与练&路由哪几部分成(&~个电路中&两点&&么是参考方向如何确定电流和电的参考方(&述电路模型与际电路的区别 电路的基本定电路的基本定律阐明了一段或整个电路中各部分电压"电流等物理量之间的关系# 与计算电路的理论基础和基本依据#电路的基本定律主要包括欧姆定律和基尔霍夫定律wwwPLCworld!欧姆定欧姆定律表明流过电阻的电流与其端电压成正比#而与本身的阻值成反比!在 所标出的关联参考方向下#欧姆定律可表示成如下的形+U +U _+UI_+UI_ 图!)欧姆定$ !' $' !式中#即为该段电路的电阻值在国际单位制中#电阻的单位是 #!对欧姆定律做以下几点说明当电压和电流取为非关联参考方向时#如图!"图!所示#欧姆定律可表示为第! ' !欧姆定律还可用电导参数表示成如下的形式'++ 欧姆定律只适用于线性电阻元件#而不适用于非线性元件!

!7 电路总电阻

++ $

总电流

$ .

b图!*串联电!

'7'7'7总电压为各电阻上电压降之和#

wwwPLCworld$!"# 7#基尔霍夫定路律欧姆定律表明了电路中某一个局部的电压"电流关系!而基尔霍夫定律则是从电全局和整体上#阐明了各部分电压"电流之间必须遵循的规律!为了说明基尔霍夫定内容#首先介绍有关的几个术路律++_E2支路*电路中的每一分支称为支路#流++_E2*

d节点*电路

#条

#条以上的支路相连接的点*!回路*由一条或多条支路组成的闭合路径称为回路*#至少有一个回路!

b+基尔霍夫定律包括两条定律*基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律&基尔霍夫电流定之间的关系!其内容如下!在任一瞬时#对电路中的任一节点而言#流入某节点的电流总和等于流出该节点的电* 或将上式改写即

##(' 数和%做这样的规定*参考方向为流入节点的电流取正号#流出节点的电流取负号!实际方向相反所至!!." .# #$! E"#$3&$$参路#E'E向而确定的#括号内数字前面的正负号则表示电流值的参路E"一假设的闭合面!A

B

C

#"E可列出下式将上面#式相加#则

./: ('可见#在任一瞬时#通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于&基尔霍夫电压定第! !E($ ! +3+_c+_b +3+_c+_b# 示电路元件#参考方向已经标出!若顺时针方向为回路绕行方2# $$ !"#

$应该说明#不论按何种绕行方向列写D7E方程#均不影响计算结果"! ; !#!;$%3$# '3' $"! &$" '%www 由本例题可知#列写D7E方程时同样涉及两套符号#$前面的正负号是由D7E方根据回路的绕行方向及电压参考极性而定的#括号内数字前面的正负号则表示电压数值$ '33&'这说明在计算电路中两点之间的电压降时与所选取的路径无关%0'$$0' +U3

+U4 +U5

_b

I_+_UR%+_UR

& 从这里应进一步认识到#D7E方程的实质是各点电位的变化规律#只要计算电位变化时是首尾相接#即各段电压构成闭合路径就可以了#不必一定要由具体支路构成封闭回路!思考与练&什么是欧姆定律(请写出表达式&什么是基尔霍夫电流定律&什么是基尔霍夫电压定律&请写出基尔霍夫电压定律的表达式 电源的工作状态和电气设备的额定 '!带载工作状 '下面讨论相关的几个问题&电压和电应用欧姆定律#电路中的电流PLCworld负载电阻两端的电

*+并由上两式可得

$'$0' !由式!可知#电源端电压小于电动势#两者之差为电流通过电源内阻所产生!<时#则 !UIRa R+U_

第! 式!表明#当电流负载变动时#电源的端电压变动不大#说明它带负载能力强&功率与功率平!#或G'

''" !)G"'&电气设备的额定功如过多设备额各种电气设备的电压"电流及功率都有一个额定值#额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值!例如#一盏功如过多设备额A#电气设备在实际运行时#应严格遵守各有关额定值的规定!大多数电气设备例机"变压器等的与绝缘材料的耐热性能及绝缘强度有关!当电流超过额定值#由于发热严重#绝缘材料将遭到损坏(当所加电压超过额定值过多时#绝缘材料被击穿!反之#如果电压和电流远低于其额定值#不仅设备未能被充分利用#而且设备工作不正常#严重时还可能损坏设备!例如#电动机在低于额定电压值之下存在这种可能性#制造厂在制定产品的ww额PL定Cw值orldcn#全面考虑了使用的经济性"可等因素!设备在额定值状态下运行时#利用得最充分"最经济合理!使用电#应尽可能使其在额定状态下运行电气设备或元件的额定值常标在铭牌上或其他说明中#在使用时应予以充分考虑$HHH#A#电流!H H"HH H &!.H槡 同样#根据电阻功率的计算#H HHH

!7A7H#H$ 额定电 H$H

电阻 +H

*$阻值也可用式

H"H"

H计算H !个月用 1)&@'AI#开路空载状如!所#当关断开时#电源则处于开路空载状态#开路时外电路的电阻对电源来说等于无穷大#电路中电流为*!这时电源的端电压称为开路电压或空开电压$*等于电源电动势#电源不输出电能!所以#电源开路时的特征可用下列各式表示*' $$* !) $短路状>*!此时#电流不再流过负载!由于在电流的回路中仅有小的电源内阻+*#所以此时的电流很大#此电流称为短电流')!短路电流可能使电源机械的与热的损伤或!短路时电源所产生的电能全被内阻所消耗如上所述#电源短路时的特征可用下列各式表示wwwPLCworld$

++E_U_ 0'*") '短路通常是一种严重事故#应尽力预防!产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎#因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施!此外#为了防止短路事故所引起的#通常在电路中接入熔断器或自动断路器#以便发生短路时能迅速将故障电路拆除!思考与练&电气设备的使用与什么有关&为什么电气设备必须在额定值状态下运行&电源开路时电路有何特征&产生电路短路的原因是什么 线性电路的基本原分析与计算电路要应用欧姆定律和基尔霍夫定律#但根据实际需要#电路的结构型式是很多的#往往由于电路复杂#计算过程极为烦琐!因此#要根据电路的结构特点寻找第! 析与计算的简便方法#下面介绍#种适用于线性电路的基本原理!电源等效变在复杂的电路中#有些电路可以通过简化的方法进行分析!等效变换法是分析方法中的一种#其目的是将某些复杂的电路根据等效的原则化简成较简单的电路#甚至简化成单回路电路!等效变换*等效就是相等的效果#一个二端网络在电路中的作用就是由其端钮上的电压"电流的关系即伏安特性所决定的!凡是端口上具有相同伏安关系的二端网络在电路中的作用都是相同的!值得注意的是*等效是指对外电路等效#这是利用等效的概念化简电路的依据!电路简化解题的基本思路是*把电路中的某部分电路一般是一个二端网络用另一个简化的电路另一个二端网络替换#替换后电路被简化了#而这个电路未被替换的部分解答不变!&实际电源的等实际电源总是有内阻损耗的#可以用一个理想电压源和一个电阻的串联来等效#建立际#如图!?中点画线框内所示!该组合电路实际电源的伏安特与理想电压源的伏安特性截然不同#可以表示为* '式反映了实际电源的外!里#端电压"电流均不是恒定的 * a+_a+_bUI+U_I Rb'

% !%' &电源模型的等效变实际电源的电压源模型与电流源模型#如果不考虑实际电源的内部特性#而只考虑电源#则!?和!*中#端5"6左侧的电路是可以等效互换的!例如#式!可以写成下面形式* 比较式!和式!可知#只要

!) )

!而电源内阻+*的数值不变#则可以将理想电压源与内阻的串联电路变换成理想电流源与内阻并联的电路!并且#变换后的电路与原电路比较#端口处伏安特性关系不变!显然#以电流源与内阻并联的电路组合等效变换成电压源与内阻串联的电路结合#只要满足下列关系) !注意#这种变换只对端口处的伏安特性是等效的#即不改变端口处的电压$和端口处的电流的数值#但是#对于电源内部#两种电路的组合是不等效的!电压源与电流源!U+_U+_

I

I

b

_USR0

++ __wbw

+U++U+_IS_0R(b)!等效变换中应注意理想电流源的参考方向与理想电压源的参考方向之间的等效关图!中向表明电压源的模型5端为高电位"6端为低电位(作为电源图!#是5端送出电流#等效的电流源模型也应保证上述电压源模型的特性!图中理想电流源的参考方向在内阻上产生的电压是5端为高电位#6端为低电位#且作为电源#是从5端流出电流!单纯理想电压源与理想电流源之间不能进行等效变换#叠加定叠加原理是线性电路普遍使用的基本定理!叠加原理的内容可以表述为*线性电路中#任何一条支路的响应电流或电压均可视做每个独立源电压源和电流源单独作用时#在此支路所产生的响应的代数和!在应用叠加原理时#应保证电路和结构不变!当某一激励单独作用时#其他激励都*!即理想电压源被短路#电压为*(理想电流源开路#电流为*!对非理想电源#其内阻下面举例说明叠加原理的应用!#第! I I

I I

I I____ ____E E II I #!#!

!#'而后解之# "# !++++++

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' ! " #wwwPLCworld!wwwPLCworld3 4+#

'!+,++ ++ ++ ! " #求与的代数和#便得到 '这里 3% 相反#应该注意#在对响应分量进行叠加时#若其方向与总响应参考方向一致 3%号#相反则 $%号最后需要强调的是#考虑电路中一个电源单独作用时#应将其余电源进行 理#即理想电压源短接#而理想电流源开路#但它们的内阻仍应计算在内!$戴维南定戴维南定理也可称为等效发电机定理#是线性网络的一个重要定理!它提出了等效化简任意线性有源二端网络的一种基本方法#常用来分析电路中某一支路的电压和电流及分析电路中某电阻获得的最大功率!二端网络即为具有两个端子的网络#又称一端口网络#凡网络内含有独立电源的二网络称为有源二端网络#如图!所示(否则为无源二端网络#如图!所示若二端网络只含有线性元件与独立电源#则称为线性有源二端网络戴维南定理明确*任何一个线性有源二端网络#对任何外电路而言#都可以用一个等效的电压源和电阻串联代替!电压源的电压为端口上的开路电压#电阻为将网络中的独立电源化零后的端口处的等效电阻! 戴!$所!线性有源二端网络H供给负载的电压和电$#则网络H可以用独立电源:和电阻+F串联代替#同样供#F !+_+_+ I+U_N N b(a)(b)

! !二电如值得注意的是#戴维南定理与二端网络外接何种负载无关!应用戴维南定理对线:二电如线性有源二端网络的内部参数及结构已知时#可通过计算的方法求出开:和等效电阻!:#wP:F :F

如果有源二端网络的内阻很小不允许短路#可采用输出端外接已知电阻的方法所示#先分别测出电流'和电阻接入时端口两端的电压$#然后依据下式计算内阻+F* :

!SSVANSIVAUN !!率最大/第! ae_+ae_+babab US1b ' 求开路电压#如图!所示电路: $"#!#解 $3$#

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# 化简后的电路如图!所示#当负载电阻与电源内阻相匹配时#负载电阻wwwPLCworld

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思考与练&电路简化解题的基本思路是什么&如果用电流源来替换实际电源应怎样建立模型&线性电路普遍使用的基本定理是什么&什么是线性有源二端网络 电路中电位的计在分析电子电路时#通常要用到电位%这个概念!例如对半导体二极管来说#当它的阳极电位高于阴极电位时#二极管才能导通#否则就截止!在讨论晶体管的工作状态时#也要分析各个电极的电位的高低#现在我们来讨论电位%的概念及其计算方法!从本质上说#电位与电压是同一个概念#电路中某一点的电位就是该点到参考点电压!在电位这个概念中#一个十分重要的因素就是参考点!在电路图中#参考点用符+%表示#通常参考点的电位为*#故参考点又称为零电位点!在工程上常选大地作为参考点!即认为大地电位为*!在电子电路中常选一条特定的公共线作为参考点#这 公共线是很多元件的汇集处且和机壳相连#这条线也称为 !相连!在计算电路中各点电位时#参考点可以任意选取#如图!<所示cacad __

ccad+_+_ b电该电电该电 $C$C577

由上面的结果可以看出#参考点选得不同#电路中各点的电位值也不同!但是#无论参考点如何选取#电路中任意两点间的电压值是不变的!可见#电路中各点的高低是相对的#而两点间的电压值是!思考与练&什么是电位&什么是零电位点&什么是地线 3%$%表电压低的一端(电流的参考方向用,%表示#箭头所指的方向为是电流流动方向!电压"电流为正值表示其真实方向与参考方向一致#为负值表示电压"电流的实际方向与参考方向相反!基尔霍夫电流定律又称为基尔霍夫第一定律!在集中参数电路中#任何时第! ('基尔霍夫电压定律又称为基尔霍夫第二定律!在集中参数电路中#任何时($任何由电阻串并联组成的二端网络都可以等效成一个电阻任何由独立电源和电阻经串"并联的二端网络都可以等效成一个电压源串联一个叠加原理是线性电路普遍使用的基本定理!叠加原理作为电路的一种分析方法后利用代数和相加求出结果!戴维南定理是电路分析中常用的一个定理!利用这个定理解题时#首先求出开路电压或短路电流#然后求出等效内阻#最后画出等效电路节点上的待求支路#由该电路待求量!注意#戴维南定理只能对线性有源二端网络进行等效#且与外电路无关 &>7#实&如图!?所示电路#已知' +$#向实wwwPLCworld+__++__+__++__+U

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UR &#&7*&*IR+_IR+_UIRU+_IR_U+IR_U+ &!ababb !&"AAA钨丝较A的细长!能否将它们串接在7的电源上使用!如果两灯均为#则又将如何&"10V+6V2A12V +wPLCworld

_ &&$+_ +_+_

_U+_+_&如!%所#为#断开开关)测得开路电压$(将)闭#测压和电流分别为$7和'!试根据测数据确定电源的理想电压和内阻!若接以负载电阻+#试求电源产生的功&;第! SIVAUNISIVAUNI+_+_+ + '#wwwPLCworld第! 正弦交流电本章要正弦交流电的基本物理量正弦交流电的相量表示法交流电路中的电路元件单一元件的正弦交流电路多个元件串并联的交流电路电路中的谐振功率因素的提高三相交流电教学要介本章以简单的交流电路为例讨论电路的基本概念%基本定律以及常用分析方法$绍弦交流电的基本物理量%正弦交流电的相量表示法%交流电路中的电路元件%单一件正弦交流电路%多个元件串并联的交流电路%以及电路中的谐振%功率因素的提高三交流电等内容$通过对本章的学习&要求掌握交流电路的基本概念%基本理论和基分方法&并能应用电路定律与定理分析基本电路&具有基本电路分析%计算和解决介wwwPLCworld能力$为今后学习交流电动机%电器及电子技术打下基础 正弦交流电的基本概交流电是指大小和方向随时间作周期性往复变化的电压和电流!如图"!所示为几种周期流电的波形"OOtOtOt 图!#周期流电的一般波如图"所示的交流电!其大小和方向随时间按正弦规律变化!称为正弦交流电它是最常用的交流电"例如!发电厂提供的电能是正弦交流电的形式%收音机的语音广播信号用到的高频载波'是正弦波形%正弦信号发生器所输出的信号电压!也是随时间按正弦规律变化的"第! #正弦交流电的三要曲线!该曲线可用式"表示)! "$式!!表瞬时大小!称瞬时值*表示瞬!称!表正弦电流的角频.*.量的三要素!它们分别表示正弦交流电变化的幅度快慢和初始状态"下面分别加以说明幅

OωtωOωtω/角频和频率的含义"周期'是正弦量变化一周期所需要的时间!周期'越大!波形变化越慢%反 越小!波形变化越快!周期的单位是秒wwwPLCworld频率表示每秒时间内正弦量重复变化的次数"频率越大!正弦量变化越快!反之""2#53wwwPLCworld周期和频率互为倒数!或' (或

"我国发电厂提供的电能规定频率 !则每变化一周所需要的时间+!!!'

"/初相式"中的.称为正弦量的相位角!简称相位!相位角是时间的函数"时间起点有关"通常规定正弦量由负值变化到正值经过的零点为该正弦量的零点!由正$所以初相位的取值范围一般规定为 波形" uuOuOϕuOϕ 图!$初相其.!$负有果大负有果大 !正弦交流电的有效无论在测量上还是使用上!用瞬时值或最大值表示交流电在电路里产生的效果 械*光等效应既不确切也不方便"为了使交流电的大小能反映它在电路中做功的 wwwPLCworld工技术中常用有效值表示交流电量的量值!如常用的交流电压1等都值有效值是从电流的热效应来规定的"在电工技术中!电流常表现出其热效应"如个!通过电阻在一个周期内产生的热量!与另一个直流电流#通过同样如上所叙可'$"'.由此可得出交流电流的有效

槡 !' 槡设!!

!$ "' !' 槡槡'同

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"第! ,

"$由上述#个式子表明!正弦交流电的有效值等于它的最大值的'倍定电流都是有效值!一般交流电流表和电压表的刻度也是指它的有效值"$$!" 它的频率*周期*角$率*幅值*有效值及初相位各为多少,画出波形图 角频 !频 (周 '(

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幅 #*有效 #*$初相 $该电流的波形图如图"$所示

图!

例!#的$正弦交流电的相位及相位在的表达式!中PLolc.称为正弦量的相位角!简称相"个同频率的正弦交流电在任何瞬时的相位角之差或初相位角之差称为相位差!"示")! ")和!的相位

"$$"! "uiϕ ϕ图!&相位初相位" !的!即不是同时到达正的幅值或.值"图中!可见)!先到达正的幅值称)比!超前角!或者!比滞后角思考与练什么是正弦交流电的幅值%角频率%初相位/有效值是怎样规定/什么是相位差 正