《电工电子技术基础》（第五版）习题及答案汇 王兆义 第1-12章 直流电路 -电力电子技术应用

第一章习题答案1-1问答题1.为什么说电工材料是电工技术的根？答：电工技术是通过电工材料来实现，再先进的电工技术，找不到合适的电工材料，也不能实现。2.制造电阻的材料为什么要选用温敏系数要小、电阻率线性度好的材料制造？答：电阻作为电路的标准器件，只有阻值不受温度的影响，才有应用价值。3.Pt100温度传感器，是通过铂金属的电阻温敏特性进行温度检测。通过什么电路将温度信号提取出来？答：通过电阻电桥电路。电阻电桥电路是“差值”提取电路。4.欧姆定律是表述的U、I、R三个物理量之间的关系，为什么在电工技术中利用率非常高？答：因为U、I、R是电工设备中三个基本物理量，这三个基本物理量决定了设备的工作状态，同时也是考察设备工作正常与否的标志量。因此，U、I、R根据欧姆定律表述的三者之间的关系，可以进行设备的检测、维修、维护等工作。5.为什么电器设备都要标明设备的额定值？答：额定值是设备长期工作不被烧毁的电压、电流、电阻、电功率等数值。当工作中设备突破了额定值，工作就会不正常，甚至损坏。6.电器设备工作中起火都是哪些原因造成的？答：①设备老化，绝缘击穿短路；②设备过载，绝缘熔化短路；③雷电起火。设备遭到雷击，引起易燃材料燃烧。7.电流连续性原理有哪些用途？答：电流连续性原理在电路设计和故障排查中具有重要应用：①电路设计。确保所有电器和元件正确接入闭合回路，避免因断路或开路导致的电流中断。②故障检测。通过检测电路连通性（如使用万用表测量通断）定位断路点，确保电流在闭合路径中持续流动。‌③复杂电路分析。结合基尔霍夫电流定律（KCL），在节点处验证电流流入流出守恒，确保电路符合连通性要求。‌8.叠加原理的用途有哪些？答：叠加原理主要用于简化线性系统的分析，其核心用途体现在以下领域：①电路分析：在电子工程中，叠加原理通过将复杂电路拆解为独立电源单独作用的情况，再叠加各独立响应，显著简化计算过程。例如，设计含多个电源的电路时，可分别计算每个电源对电路的影响，最后将结果相加。③波动现象。声波、光波等物理现象的干涉问题中，总位移等于各波列位移的矢量和。这一原理在声学、光学等领域用于预测波的叠加效果。‌④数学与物理系统。适用于线性微分方程、代数方程等数学模型，通过叠加独立激励的响应来求解复杂系统问题。‌9.电容器和电阻器在导电原理上有什么区别？答：电阻器件根据欧姆定律，I=U/R，即电阻器件只要加上一定的电压，就有对应的电流；电容器根据电流表达式：，电流为电容量C乘以电压的变化率（微分），当电压的变化率为0，电容中没有电流。10.根据电容器的导电特点，电容器有什么用途？答：隔直取交。1-2判断题1.电荷的定向移动形成电流。（√）2.在直流电路中，电流总是从高电位流向低电位。（√）3.电阻的体积越大，其耗散功率越大。（√）4.电阻的额定功率越大，它能够消耗的电能就越大。（√）5.电阻串联时，各电阻上的电功率与其电阻的阻值成反比。（√）6.电流表必须串联在电路中应用，而电压表则必须并联在电路中应用。（√）7.在选择电器时，电器的额定电压一定要等于电源的额定电压。（√）8.额定功率越大的电器，其消耗的电能一定多。（√）9.电压源和电流源是同一电源的两种不同的表示方法。（×）10.电容器和电阻器虽然结构不同，其实是同一类型的电器元件。（×）11.电容器并联总电容量增加；电容器串联总电容量减小。（√）12.对于同一个电容器，两端的电压越高其储存的电场能量越小。（√）答案：1.√，2.√，3.√，4.√5，6√.，7.√，8.√，9.√，10.√，11×，12√。1-3计算题1.一直流电流流过导体，已知在1min内通过导体横截面的电荷量为6000C，问该电流有多大?如果在1s内通过导体横截面的电荷量为6000C,问该电流有多大?答案：解：根据I=Q/t已知在1min内通过导体的电量是6000C，有I=Q/t=6000/60=100A.当时间为1s，通过导体的电量是6000C时，I=Q/t=6000/1=6000A2.试在图1-51中标出电流、电动势、电压的实际方向，问通过电流表A1和A2的电流是否相等？B、C、D各点的电位谁高谁低？答案：通过A1、A2的电流相等，B点电位最高，D点电位最低3.有两条长度为1km、截面积为2mm2的导线，一条是铝线，一条是铜线，这两条导线在常温下的电阻各为多少？要想使铝导线的电阻与铜导线的电阻相同，铝导线的截面积应增加为多大？答案：将铜和铝导线参数代入公式计算得：R铜=8.7Ω，R铝=14.5ΩR铜=R铝求得：A铝=3.23mm24.碳膜电阻的功率有2W、1W、1/2W、1/4W、1/8W及1/16W等各种规格。现需用阻值4.7kΩ,电流10mA的电阻一只，应选用多大功率的电阻(留出20%PN余量)?答案：根据P=I2R，且已知R=4.7KΩ，I=10mA，所以P=0.47W。所以应该选用PN≥1/2W的电阻。答案：解法1:根据P=UI=I2R=U2/R，求得R3中电流为：R2中电流为：I2=（4×30）/20=6A，总电流为：10A总电源发出的功率为：P=P1+P2+P3=50+720+480=1250W解法2：R总=R1+R2R3/（R2+R3）=12.5Ω，则I=E/R总，P3=[I×20/(20+30)]2×30，解得E=125V，P总=1250W答案：根据R0I0+R1I0=10，得R1=19880Ω，P1=I2R1=0.00497W据I0(R0+R1+R2)=50,得R2=80000Ω,P2=I2R2=0.02W答案：根据（I1-I0）R1=I0R0，得R1=1Ω答案：（a）图变为（a）图变为（c）图变为答案：答案：答案：设回路绕行方向为顺时针，列方程如下：I1+I2=I3①R1I1-R2I2+E2-E1=0②R3I3+R2I2-E2=0③解之得：I1=1.2AI2=-0.4AI3=0.8A答案：C总=C1+C2+C3=10+22+47=79μＦq总=UC总=100×79=0.0079C答案：所以均能正常工作。1-4应用题答案1.有一吸顶灯，电源开关闭合后灯不亮，给出检测手段和检测步骤。答：先起动其它灯具看是否有电，如都不亮是停电；采用试电笔测量开关是否有电，如果开关坏换开关；确定吸顶灯确实损坏，再登梯子将吸顶灯拆下更换。2.有一设备需要一只10Ω/100W的限流电阻，你认为选择哪种电阻比较合适。答：查表1-2，选择“RX被釉线绕”电阻器。3.有人设计1块线路板，有1只电阻体积太大，如果把这只电阻直接安装在线路板上，就超出了线路板的预留空间。寻求变通方案。答：如果就因为1个电阻影响了整体设计，可以将电阻化整为零，可以将多个小体积电阻并联，取代大体积电阻。按照并联原理计算小电阻的阻值和功率，要和大电阻等效。4.工作需要一块测量10kV的电压表，借用MF47万用表的1000V直流挡来测量，需要外加一只高压棒。已知MF47万用表的表头满盘电流为50μA，“高压棒”需要串联200MΩ的电阻降压。电阻选择要满足耐压和阻值以及精度的要求。建议选择5W功率的电阻。电阻参数见表1-5。表1-5金属膜电阻参数表项目电阻材料参数系列耐压值/V金属膜63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等‌耗散功率/W金属膜1/16W、1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W、5W、10W‌等。精度等级/%金属膜0.25%、0.5%、1%、5%等答：电阻属于低压器件，根据国家电压的分类，1000V以下属于低压，高于1000V低于10kV属于中压；10kV以上属于高压。因此，耐压10kV的电阻是没有的，只能采用10只1000V、20MΩ的电阻串联。电阻实耗功率为56mW，体积很小不好安装，选择5W体积较大好安装。第2章知识巩固答案2-1思答题1.为什么说电磁材料是电磁技术发展的根基？答：电磁技术是建立在电磁材料上的工程应用技术，当人们发现了电磁力，需要通过电磁力做功，就开始研究导磁材料。后来形成了以铁心线圈为磁路的动力设备。随着科学的发展，对电磁技术不断的提出新的要求，为了满足新的要求，也都是从电磁材料新的突破入手。如为了改善电磁材料的磁性能，加入稀土元素，使原来的电磁材料发生了质的变化。2.磁通线是闭合的还是发散的？磁通的方向怎样确定？答：磁通线是由磁体的N极指向S极的“闭合”回线；磁通线的方向可由右手螺旋定则来判断。3.学习磁路技术首先要从理论入手，然后再学习电磁磁路？答：主流教学方法是这样的，先把理论搞清楚，然后再学习实体磁路，学起来比较顺畅。4.磁路欧姆定律和电路欧姆定律在应用中有哪些异同？答：磁路欧姆定律和电路欧姆定律其表达形式相同，电压对应磁压、电流对应磁通、电阻对应磁阻。但在参数上出现了区别。电路中的电压、电流、电阻均为线性量；电路只有导通和不导通两种状态。而磁路则不同，组成磁路的材料只是磁导率高一些，磁路之外的非磁路也是导磁的，只是磁通量很小；磁路材料都是非线性，μ不为常数。因此，磁路欧姆定律作为定性分析、估算可以，不能进行精确计算。5.要想改变磁路的磁导率，防止磁饱和，有什么方法？答：可以在磁路中垫上硬纸片，增加空气隙。6.电磁感应是发生在动态过程中还是静态过程中？答：是发生在动态过程中。7.由线圈电流励磁的电磁材料称为软磁材料，如硅钢片；通过剩磁工作的材料称为硬磁材料，工作中不需要励磁电流。在需要磁路工作的设备中，哪些设备必须用软磁材料组成；哪些设备必须用硬磁材料组成；哪些设备可以用硬磁材料和软磁材料混合组成？为什么？答：变压器、电抗器等静止电磁设备必须用软磁材料组成，因为是基于电磁感应和互感原理来工作；音响设备、测量仪表等是由硬磁材料组成，音响设备是基于磁场中的载流导体会受到力的作用使音圈振动发声；话筒是基于音圈在磁场中振动产生感应电流，只需要“硬磁”磁路就可以了。电动式仪表也是基于磁场中的载流导体会受到力的作用原理工作的，只需要“硬磁”磁路就可以了。电动机、发电机磁路分为2部分，定子和转子。磁路可以都采用软磁材料，也可以分别采用硬磁和软磁材料。如转子采用硬磁材料，可以节省励磁电流，提高整机的效率。8.磁路工作中会在磁路中产生“涡流”，涡流会造成铁心发热，怎样解决涡流的发热问题？答：①将磁路材料制造成薄片，两面涂上绝缘层，隔断涡流；②在磁性材料中添加不导电材料，降低电阻率。9.涡流是一种正常的电磁现象，合理利用可以完成很多有益的工作。请说出几种涡流的典型应用。答：电磁灶、涡流炼钢、涡流淬火、指针万用表的阻尼、电涡流传感器、涡流无损探伤等等。2-3计算题答案1.如图2-38所示，分别标出各载流导体导线所受磁场力的方向。图2-38-1题图答案：左、左、逆时针答案：H=B/μr=0.13/（3000×4π×10-7）=34.5（A/m）Φ=BS=0.13×10×10-4=1.3×10-4（Wb）图2-39-3题图答案：根据下式：计算得：H=6369.4（A/m）B=Hμ0=0.008Φ=BS=0.00157（T）答案：H1=4（A/m）H2=5.5（A/m）H3=5（A/m）答案：根据式，Φ=BS、B=Hμ，可得I=0.0055A答案：根据右手定则，感应电动势方向向上，闭合回路中电流为I=Blv/（0.1+19.9）=0.75A，方向顺时针。答案：根据线圈的自感电动势定义式有：答案：①根据自感电动势定义式有方向从上指向下。②B中磁通量下降方向从上指向下。第三章：知识巩固答案3-1思答题1.为什么国家电网采用正弦交流电供电？答：采用正弦交流电的主要原因包括以下几个方面‌：（1）发电机的自然输出‌：发电机的工作原理基于电磁感应，旋转线圈切割磁感线自然产生正弦电动势，这使得发电设备的设计相对简化‌。（2）变压优势‌：通过变压器可以高效地升降电压，特别是在远距离输电时，采用高压输电可以显著减少线路上的电能损耗。当电能抵达用户端时，又可以轻松降压，确保安全使用‌。（3）数学处理方便‌：正弦量可以转换为相量或复数形式，极大地简化了交流电路的计算与分析，如阻抗和功率的计算‌。（4）谐波影响小‌：正弦波的谐波成分较少，减少了电网的干扰和能量损失，提高了电力系统的稳定性‌。（5）历史与标准化‌：早期电力系统采用正弦交流电后形成了技术惯性，设备和标准的统一化进一步推动了其持续应用‌。2.为什么国家电网采用三相正弦交流电供电？答：国家电网采用三相正弦交流电供电原因包括以下几个方面‌：（1）提高输电效率‌：三相系统在相同功率下比单相系统使用更少的导线材料。在远距离输电中，线损与电流平方成正比，三相系统可以在更小电流下传输更多功率，从而减少线损‌。（2）功率更稳定‌：单相交流电的功率有波动，而三相交流电在任何时刻都有至少两个相位在提供能量，总功率恒定不变，这使得驱动电动机等负载更加平稳‌。（3）驱动电动机效率更高‌：三相电可以直接形成一个旋转磁场，无需额外部件即可驱动电动机。三相电动机结构简单、效率高、启动转矩大，广泛应用于工业领域‌。（4）系统更对称，便于平衡‌：三相系统在设计上自然是对称的，电压幅值和相位角相等，可以通过“星形接法”和“三角形接法”灵活适应各种电气设备需求‌。（5）减少线路成本‌：三相电流的总和在某些时刻为零，减少了电流在输电线路中的波动和噪声，有助于提供更平稳的电能供应，并减少输电线路的材料和成本‌。（6）适用于大功率设备‌：在工业和农业生产中，许多设备需要使用大功率电机驱动。三相交流电因其能够提高电机的效率和功率因数而得到广泛应用‌。3.什么是交流电的有效值？为什么要采用有效值？答：（1）交流电的有效值是指：当一个交流电流通过电阻时，在一个完整周期内产生的热量，与某一直流电流通过相同电阻在相同时间内产生的热量相等时，该直流电流的数值即为交流电流的有效值。简单说，‌有效值反映了交流电在能量转换上与直流电等效的数值‌。（2）采用有效值表示，使交流电的计算、测量变的同直流电一样简单，简化了应用与计算。4.相量法解决了正弦交流电的哪些问题？答：相量法解决了正弦交流电的以下问题‌：（1）简化计算过程‌：相量法能够将复杂的三角函数运算简化为简单的复数运算。在交流电路中，电压和电流通常以正弦波的形式出现，涉及大量的三角函数运算。相量法通过将正弦量表示为复数形式，使得复杂的三角函数运算变得简单，提高了计算的效率和准确性‌。（2）直观地表示正弦量的特性‌：相量不仅可以表示正弦量的大小，还可以表示其初相位。通过相量图，可以直观地展示电压和电流的相位关系，使得交流电路的分析变得更加直观和简单‌。（3）解决复杂的电路问题‌：在分析复杂的正弦交流电路时，相量法能够处理多个电压和电流的叠加问题。通过相量图和复数运算，可以方便地计算出总电压和总电流的有效值及瞬时值表达式，从而解决复杂的电路问题‌。（4）相量法的定义和应用背景‌：①定义‌：相量是专门用来表示交流电路中的正弦量的量，它同时表示正弦量的大小和初相位。相量的长度表示电压或电流的有效值，箭头的方向表示初相位‌。②应用背景‌：在交流电路处于稳态时，各个电压和电流的频率相同，主要差别在于大小和初相位。因此，使用相量来表示这些正弦量，并进行计算和分析，可以大大简化过程‌。5.交流电路中的三大器件：电阻、电感、电容，我们称电阻是耗能器件、电感和电容是储能器件。是依据什么原理划分的？答：划分的依据是：（1）电阻器件。电阻在电路中通过电流时，电能会不可逆地转化为热能，持续消耗能量，因此属于耗能元件。（2）电感器件。电感器件是动态器件，在通入恒定电流时电感没有反应，但将电流转换为磁场能储存起来；当通入正弦交流电流时，根据自感原理，产生自感电压，自感电压阻碍电流的变化。在相位上电压超前电流90°电角度。在计算电路的功率时，功率时正时负，即时充时放，电感即为储能器件。（3）电容器件。电容是电场控器件，在电场的作用下进行充电和放电。电容在工作时没有电荷直接穿过，只有极板上的电荷做位置移动。电容工作时只是储能或放能，故称储能器件。6.电阻、电感、电容三者都具有阻止电流流动的功能，并且电阻、感抗、容抗的单位都是Ω。请分析三者阻止电流流动的物理过程。答：（1）电阻。导体中的电阻是通过电子与原子或离子碰撞形成的‌。当电流通过导体时，导体中的电子会受到电场力的作用而移动。然而，这些电子在移动过程中会与导体中的原子或离子发生碰撞，导致电子的运动受到阻碍。这些碰撞会使电子损失能量，并将这些能量以热的形式散发出去，从而导致电能转化为热能‌。电阻器件是由电阻率比较大、温度系数很小的导体材料制造，以保证电阻器工作时阻值的稳定性（如康铜、碳是制造电阻器件的首选材料）。（2）感抗。感抗（XL）是阻碍电流流动的物理量‌。感抗是电感元件在交流电路中对电流变化的阻碍作用的量度，其计算公式为XL=2πfL，其中f为交流电频率，L为电感值‌。由于直流电的频率为0，感抗为0，因此感抗仅在交流电路中存在‌。感抗阻碍电流的流动和电阻阻碍电流的流动本质不同，电阻是电子和原子碰撞受到了阻碍；感抗是电磁感应频率形成的阻碍，感抗不消耗电能。（3）容抗。容抗（XC）是阻碍电流流动的物理量‌。容抗是表示电容器对交变电流阻碍作用大小的物理量，其大小与电容器的电容量和交变电流的频率有关，计算公式为:

,单位为Ω。容抗是电容器在交流电路中对交变电流的阻碍作用。其大小主要取决于电容器的电容量（C）和交变电流的频率f。当交变电流的频率增加时，容抗减小，即电容器对交变电流的Ω阻碍作用减弱‌。电容器在交流电路中通过充放电过程形成对电流的阻碍，和电阻对电流的阻碍有本质的区别。7.电感器、电容器、感抗、容抗都和频率相关，都是频率的函数。现在凡是工作在电网上的电器都和50Hz频率相关。要想减小电器的体积实属不易。如果我们有能力改变电源的频率，可以从50Hz~50kHz变化，要的是设备的体积最小、效率最高。要从哪几个方面入手？答：（1）磁路要采用高频材料。（2）要有高频变流器，将直流电变为高频交流电。（3）具备一定的电子电路的知识。（4）现在到处都是小型手提电动工具，大部分都是电池供电，其机芯就一个微型高速小电机（用转速换转矩）。8.三相交流电有一个中性点，中性点有哪些用途？答：（1）由相线和中性点构成回路，得到220V相电压。（2）中性点接地，设备的外壳接地，作为设备的短路保护。9.三相交流电压之和=0；三相交流电流之和=0，有哪些用途？答：（1）可以通过检测三相电流之和是否为0，进行漏电保护。（2）可以检测一相电流，推断三相电流。10.电路中的高次谐波为什么会对工作在电网上的电器产生干扰？答：（1）因为电器设备都含有电感或电容，而高次谐波又是50Hz的N倍，必然会影响电感或电容中的电流。（2）在传感器等弱电电路中，都含有放大电路，将微弱的干扰信号放大，造成干扰。（如温度传感器、压力传感器）12.我国三相交流电网中的额定频率为50Hz，这个频率已经确定是不能变的。（）13.工作在电网上的负载工作频率可以改变。（）14.三相交流电网只是为用户提供一个标准的电源，如果用户觉得不合适，可以通过一些技术手段进行变换。（）答案：1.√，2.√，3.×，4.√，5.√，6.×，7.√，8.×，9.√，10.√，11.×。12√,13×,14√.答案：1.BCDF，2.CFG，3.DE，4.B，5.B。答案：最大值28.28A，角频率314，初相位30°，t=0.1s的瞬时值为13.66A。答案：电压：最大值10V，有效值7.07，频率50Hz，周期0.02s，相位角314t-π/3，初相角-π/3电流：最大值14.14A，有效值10A，频率50Hz，周期0.02s，相位角314t+π/2，初相角π/2，相位差为-5π/6。答案：（1）a、c是直流电，其余是交流电（2）交流电，最大值20，最小值0（3）10，交流电，10答案：相量图电路图电路电流为：I=U/R=220/11=20A，功率为P=I2R=4400W答案：根据XL=2πfL，I=U/XL，得XL=16Ω，I=13.75A答案：根据XC=1/（2πfC），I=U/XC，得XC=22.75Ω，I=9.67A答案：（1）Z=R+jX=/=40°（2）Z=R+jX=/=25/3（3）=50∠60°，Z=49.7∠59.5°，=50/49.7∠（60°－59.5°）=1∠0.5°A，i=sin（ωt+0.5°）（4）=4∠（60°），Z=6.7∠18.43°=4×6.7∠（60°+18.43°）=26.8∠78.43°，u=sin(ωt+78.43°)答案：（1）复阻抗：Z=R+jX=/=10∠0°；电阻：R=10Ω；电抗：X=0，有功功率：P=1000W，无功功率Q=0var，视在功率S=1000VA，功率因数λ=1（2）复阻抗：Z=R+jX=/=40∠30°；电阻：R=34.64Ω；电抗X=20Ω，有功功率：P=866W，无功功率Q=500var，视在功率：S=1000VA，功率因数λ=0.866。（3）复阻抗：Z=R+jX=/=40∠-45°；电阻：R=28.28Ω；电抗：X=28.28Ω；有功功率：P=707W；无功功率：Q=707var；视在功率S=999.7VA；功率因数：λ=0.707。（4）复阻抗：Z=R+jX=/=40∠90°；电阻：R=0Ω；电抗：X=40Ω；有功功率：P=0；无功功率：Q=1000var；视在功率：S=1000VA；功率因数λ=0。答案：根据XL=2πfL，I=U/，得I=0.394A，UR=78.81V，UL=205.37VP=I2R=31.05W，Q=I2XL=80.92var，S=86.67VA，λ=0.36。答案：I==1/3A，UR=IR=20Ω，UC=IXC=66.67V，U==38.87V。答案：，uR=84.84sin(5000t)；P=I2R=240W；QL=I2XL=960var；QC=I2XC=640var；S=400VA；φ=arctan(QL/P)=76°λ=cosφ=0.24答案：Z2=50∠90°，Z3=100∠0°，Z/=Z2Z3/（Z2+Z3）=5000∠90°/（112∠26.7°）=44.64∠63.3°=20+j40；Z=Z1+Z/=20+j50=54∠68°1=220∠0°/（54∠68°）=4∠-68°A/=Z/=44.64∠63.3°×4∠-68°=179∠-4.7°V2=//Z2=179∠-4.7°/50∠90°=3.58∠-94.7°3=//Z3=179∠-4.7°/100∠0°=1.79∠-4.7°答案：答案：iU=10sin（314t+160°）iV=10sin（314t+40°）iW=10sin（314t-80°）iUV=10sin（314t-170°）iVW=10sin（314t+170°）iWU=10sin（314t-50°）答案：（1）根据线电压为380V，则相电压为220V,相电流=线电流=相电压/=11A（2）P==4343.856W答案：根据线电压为380V，角接，所以相电流=线电流/=11.55根据=13163VA;=10kW，有:cosφ=P/S=10/1.732×380×20=0.76又根据P=3I相2R,得R=25,X=29.23根据：有：IP=20/1.732=11.5A；Z=U/I=380/11.5=33Ω知识巩固4-1思答题1.变压器工作的基本条件有哪些？答：电路和磁路。2.变压器是基于什么原理工作的？答：自感应和互感应。3.变压器有哪些功能？答：变压、变流、变换阻抗；电隔离等功能。4.变压器的铁心材料有哪些？在哪些场合应用？答：硅钢片和铁氧体等软磁材料。5.变压器中有哪些损耗?它们是因为什么原因产生的?什么是变压器的效率?答：变压器工作时，绕组中含有电阻，通过电流会发热产生损耗，称为铜损；铁心中工作时产生涡流，称为铁损。变压器的效率是6.自耦变压器有何特点？答：结构简单，节省铜线，效率比普通变压器高。其缺点是：由于高、低压绕组在电路上是相通的，对使用者构成潜在的危险，因此自耦变压器的变比一般不超过1.5～２。7.脉冲变压器是通过什么方法来减小变压器的体积的？答：主要方法是提高变压器的工作频率，采用铁氧体做磁路，减少涡流损坏。8.在三相输电电网上，为什么采用超高压变压器输电？答：为了降低输电电路的损耗。电压越高，电流越小，电损越低。4-2判断题1.变压器的变比K=2，当在一次绕组接入1.5V干电池时，二次绕组的感应电压为0.75V。（）2.在升压变压器中，一次绕组的电流大，二次绕组的电流小，故一次绕组的导线比二次绕组的导线截面积大。（）3.变压器在电子电路中应用，除可以进行信号的传递外，还可以起隔离作用。（）4.在实验室或维修工作中，有时电源采用一种N1/N2=1的变压器供电，这主要是为了工作人员的安全。（）5.油浸变压器中的绝缘油除起冷却作用，还起绝缘作用。（）6.在有多个一次和二次绕组的变压器进行绕组串联或并联连接时，可以不考虑绕组的极性。（）7.变压器的额定参数是选用变压器的依据。（）8.普通变压器也可作电焊变压器使用。（）9.自耦变压器是一种安全变压器，使用时可以将公共端接相线。（）答案：1.×；2.√；3.√；4.√；5.√；6.×；7.√；8.×；9.×4-3计算题1.某单相变压器的一次电压U1为220V，二次电压U2为36V，二次绕组匝数N2为225匝，求变压器的变比和一次绕组的匝数。答案。根据公式答案：根据公式求得变比和匝数为：K=6.1，N1=1375匝。答案：根据公式计算得变比为：K=4答案：根据Se=3U2eI2e（2）在一次侧加以额定电压后，问是否对任何负载都能得到2kW的输出功率？为什么？（3）二次侧接入36V、100W的白炽灯泡15盏，求此时的一次、二次电流。答案：（1）一次额定电流为9A，二次额定电流为55.6A。（2）负载为阻性时，因为电流电压同相位，负载可以得到2kW的输出功率；负载为感性或容性时，因为电压和电流具有相位差，负载得不到2kW的输出功率。（3）二次电流41.7A，一次电流为6.81A。知识巩固5-1思答题1.三相笼型交流电动机的工作原理是？答：①定子通上三相交流电在定子表面产生旋转磁场；②转子导线切割旋转磁感应线产生感应电流，感应电流的方向用右手定则判断；③转子电流处在旋转磁场中受到电磁力作用而发生转动，受力方向用左手定则判断，转子转动方向与旋转磁场的转动方向相同。④转子的转动因为是切割磁感应线产生的电磁力，所以转子的转速要低于旋转磁场的转速。2.三相永磁同步电动机的转动原理答：①定子通上三相交流电在定子表面产生旋转磁场；②旋转磁场和永磁转子产生“吸力”，③转子被旋转磁场“吸住”同步转动。3.直流电动机是基于什么原理工作的？答：①励磁绕组通上直流电，在磁极上产生N、S磁极。②电枢绕组通上直流电，和励磁磁极作用产生电磁力，由左手定则判断受力方向；转子在电磁力的作用下发生转动。当转动到一定位置，由换向器换向。转子即在一定的方向连续转动。4.笼型转子电动机和绕线转子电动机都属于异步感应电动机，笼型转子电动机的优点有哪些？绕线转子电动机的特点是什么？答：笼型转子电动机的优点是：结构简单、免维护、运行可靠；恒速运行，工作稳定。可以应用在没有特殊要求的所有负载上。绕线转子电动机的特点是：通过在转子绕组上串联电阻，可以在0速时得到最大转矩，应用在带载起动的设备上非他莫属。是起重机、提升机必须电动机。（现在有了变频器绕线转子电动机就不用了）5.专用电动机是根据什么要求制造的？答：是根据驱动电动机的设备的要求和电动机驱动的设备的要求进行研制的。6.电动机都是可逆的，即给电动机通上电流，电动机转子输出转矩做功；当转子被负载拉着转动，电动机又可以发电变为发电机。叙述永磁转子电动机、直流电动机、永磁直流电动机和笼型异步电动机变为发电机的条件。答：①永磁转子电动机因为转子有磁极，转子转动时磁极扫过定子绕组，定子绕组切割磁感应线产生感应电流，即变为发电机。②直流电动机，当转子转动时转子绕组切割定子磁感应线产生感应电流，即变为发电机。③永磁直流电动机定子为永磁体，当转子转动时转子绕组切割定子磁感应线产生感应电流，即变为发电机。④笼型异步电动机变为发电机的条件首先定子绕组要有旋转磁场励磁，当转子被负载拉着快转时电动机变为发电机。例如，电梯下行时轿厢被重力拉着下降，当轿厢的下降速度超过了电动机的转速时，电动机处于发电状态。7.直流电动机还有一种接线方法，就是将励磁绕组和电枢绕组串联连接，称为串励电动机，见图5-26（a）所示。图（b）是串励电动机转子，绕组连接到换向器，转到一定角度绕组换向；图（c）是定子，定子绕组分为2组，分别安装在磁极上。图（d）是该电动机的机械特性线，当电动机空载时转速高电流小；负载时转速低电流大，自动的调整电动机的输出功率。请回答以下问题：（a）原理图（b）转子实体图（c）定子实体图（d）机械特性线图5-26串励电动机1.电动机转动原理是基于法拉第电磁感应定律吗？2.串励电动机是交直流两用，加直流电和加交流电，电动机的转向不变。为什么？3.电动机的转速和哪个物理量成正比？4.电动机体积小功率大的原因是？5.现在的电钻、电锯、以及各种电动工具大都采用串励电动机，因为什么？答：①串励电动机是基于法拉第电磁感应定律和安培力原理工作的。电动机转子绕组通上电流，在励磁磁场中受到力的作用是安培力；转子在磁场中转动切割磁感应线产生感应电电动势，该电动势用来平衡转子电压，控制转子电流，是基于法拉第电磁感应定律。②串励电动机在加交流电或直流电时，转子转向不变的原因‌在于其工作原理。串励电动机的电枢绕组和励磁绕组是串联的，当电源极性改变时，电枢电流和励磁磁场的方向会同时改变。根据左手定则，电枢电流方向和励磁磁场方向的反向会导致产生的转矩方向保持不变，因此转子的转向也不会改变‌。③电动机的转速和电流成反比，转速增加时电流减小。④电动机体积小功率大的原因是：机械功率的表达式是P=nT，该电动机n很高，T较小，T是和体积相关的参数，用提高转速来减小电动机的体积。⑤现在的电钻、电锯、以及各种电动工具大都采用串励电动机的原因是：a高启动转矩和低启动电流‌；b调速范围广‌，适用于需要不同转速的工作场景‌；c结构简单，制造和维护成本低‌：d交直流两用‌：串励电动机既可以使用交流电源也可以使用直流电源，适应不同的电源环境‌。10.变频电机就是在三相笼型感应电机的后轴上增加了1台独立的冷却风机。（）11.变频电机是在三相笼型感应电机的基础上，根据变频的需要重新设计的新型电动机。（）12.三相交流永磁转子同步电动机，工作时因为转子不需要电流，所以工作效率高。（）13.三相交流永磁转子同步电动机最大优点是转子和旋转磁场同步，只要控制了旋转磁场就控制了转子。（）。答案：1.√，2.√，3.×，4.×，5.√，6.×，7.√，8.√，9.×，10.×，11.√，12.√，13.√5-3计算题1.一台三相异步电动机，旋转磁场转速n=1500r/min，这台电动机有几对磁极？试分别求出n=0r/min时和n=1450r/min时该电动机的转差率。答：根据n1=60f1/p可知，磁极对数为2，n1=1500r/min。又根据s=（n1-n）/n1，有：n=0时，s=1；n=1450，s=0,0332.一台型号为Y-200L1-4的三相异步电动机，输出功率P2=30kW，电压U1=380V，电流I1=56.8A，效率η=92.2%，额定转速n=1470r/min，电源的频率为50Hz。求该电动机的功率因数、输出转矩和转差率。答：将电动机参数代入下式可得：cosφN=0.87，TN=194.9N·m，s=0.023.一台三相异步电动机，在电源线电压U1=380V，电动机作三角形联结时，电动机的Is/In=7，额定电流IN=20A。求：（1）电动机作三角形联结时的起动电流Ist；（2）采用Y→D降压起动时的起动电流。答：（1）Ist=140A；（2）Ist=140/=80.83A知识巩固“能力培养”习题答案：2.低压电器选型依据三相电网供电电压和电动机的参数，选择空气断路器的额定电流；选择熔断器的型号和容断电流；选择接触器的型号和触点容量、线圈供电电压；选择热继电器的规格和保护电流整定值；选择时间继电器的型号和定时时间以及通电定时还是断电定时；选择主电路导线的截面积（mm2）和控制导线的截面积。答：选择空气断路器的额定电流：选择为25A；选择熔断器的型号和容断电流；型号RL型，熔断电流20A×1.5=30A；选择接触器的型号和触点容量、线圈供电电压：选择CJ20型，线圈电压220V，触点电流20×1.5=30A，选标准值40A。选择热继电器的规格和保护电流整定值；选择JR20型，电流整定为20A。选择时间继电器的型号和定时时间以及通电定时还是断电定时：选择JS14型，通电延时型，延时时间设置为10~20s。选择主电路导线的截面积（mm2）和控制导线的截面积：主电路导线的截面积选择：查电工手册，选4mm2铝线，载流量27A；选2.5mm2铜线线，载流量23A。信号线导线：按强度选择，选0.75mm2的多股软线或1mm2的独股铜线。6-1思答题1.什么是低压电器？低压电器工作电压的上限为多少？1.我国电压规定：直流1200Ｖ，交流1000Ｖ以下的电压为低压；1000V以上到10kV以下为中压；10kV（含10kV）以上为高压。低压电器就是工作在直流1200V、交流1000V以下的电器。在电器的生产、测量、管理都严格的按照这个电压的划分进行。2.电动机控制电路中一般都安装有熔断器，为什么还要安装热继电器?答：虽然都是保护装置，但是保护的重点不同。熔断器主要用于电路的短路保护，次要用于过载保护。它的特点是熔断速度比较快，如果选的额定电流太小，电动机负载就容易在启动的时候误熔断，如果选的过大，就失去保护功能。热继电器主要用于过载保护，次要用于短路保护。热继电器是按照反时限特性进行保护，过载电流越大，跳闸越快，反之跳闸越慢。一般情况下要把熔断器和热过载继电器串联使用，以达到短路和过载双重保护。3.交流接触器由哪些部分组成?答：接触器主要由电磁机构、触点系统、灭弧装置和释放弹簧、底座、接线柱等组成。4.什么是“自锁”？在图6-14（4）所示电路中，如果起动时自锁触点接触不良，电路会出现什么现象?电动机运行过程中，自锁触点因熔焊而不能断开，电动机又会出现什么现象?答：在图中，将KM线圈的一组动合触点和启动按钮SB2动合触点并联。当按下运行按钮SB2时，KM线圈得电吸合，此时KM动合触点KM闭合，短路SB2动合触点。当SB2动合触点断开，由于KM已经闭合，电路仍然导通，这种情况就称为“自锁”。自锁触点接触不良时，电动机不能连续转动，自锁触点熔焊不能断开时，电动机不能停机。5.什么是“互锁”?在图6-16(b)所示电路中，如果将两个互锁触点交换位置，会出现什么现象？答：见（b）图。互锁控制就是将KM1的动断触点串联在KM2的控制支路中；将KM2的动断触点串联在KM1的控制支路中。工作时只要其中一条支路在工作，另一条支路就不能启动，故称为“互锁”。如果将两个互锁触点互换，电动机不能起动。6.接触器的线圈额定电压根据什么选取?触点额定电流根据什么选取?熔断器的额定电流怎样选取？答：交流接触器控制线圈的额定电压分为36V、110V、220V、380V几种规格，在选用时线圈的额定电压要和电路的实际电压相同，交流接触器的触点额定电压分为127V、220V、380V、500V几种规格。触点额定电流分为5A、10A、20Ａ、40Ａ、60Ａ、100Ａ、150Ａ、25Ａ、400Ａ、600Ａ等规格。在选用时接触器的触点额定电压要等于或大于负载电压，触点额定电流要等于或大于负载的工作电流。书中都给出选择范围，应用时一定要按照要求选择。6-2简答题1.说明QS、QF、FU、FR、KM、KT、SB、SQ所代表的电器，画出这些电器的电气图形符号。答：2.简述空气断路器在电路中的短路和过载保护原理。答：空气断路器中有两套脱扣机构，一套是热脱扣器，由发热元件控制，一套是电磁线圈脱扣器，大电流时动作脱扣。当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。3.简述交流接触器的工作原理。答：线圈通电时，静铁芯产生的电磁力将动铁芯吸合，进而带动三条动触片动作，使得主触点呈闭合状态，辅助常闭触电呈断开状态，辅助常开触点呈闭合状态，电源接通;当线圈断电时，静铁芯产生的电磁力消失，动铁芯在弹簧作用下与静铁芯分离，三条动触片产生动作，使得主触头呈断开状态，辅助常闭触电呈闭合状态，辅助常开触点呈断开状态，电源切断。4.在图6-15所示电路中，电路能实现哪些保护？说明其原理。答：图为两台电动机M1和M2的顺序控制线路。图（a）为主电路，图（b）和图（c）为控制电路。要求M1起动后M2才能起动。QS为隔离开关，KM为工作开关，长期不用断开QS，停电保护。KM为工作开关，具有失电保护功能，来电后不能自启。FU为短路保护，出现了电路、电动机等短路故障，FU熔断保护。顺序启动保护。在图（b）控制电路中，SB2为M1的起动按钮，SB3为M2起动按钮，将KM1的一个动合触点串联在SB3控制支路中，只有在KM1吸合后，按下SB3才有效，这就保证了M1起动后M2才能起动。图（ｃ）是将KM1的动合触点串联在M1的起动按钮SB4上，也是当KM1吸合后按下SB4才有效。两种控制电路的不同点是图（ｂ）为两台电动机同时停机，图（c）为可以通过SM1和SB3分别停机。5.设计一个能在两地操作一台电动机的控制电路，每地都能控制电动机，既能点动又能连续运行。答：该设计要求就是对电动机的或逻辑控制，两地都可以对同一台电动机进行控制。下图就对设计的电路进行分析。上图是两地控制电路，两地的运行SB开关是并联关系；停机SB开关是串联关系；点动运行开关是并联关系，点动自锁开关是串联关系。6.简述三相异步电动机接触器互锁的正、反转控制原理。答：闭合电源开关QS2、正转过程①正转联锁控制按下正转按钮速SB1→KM1线圈得电→KM1主触点闭合、KM1常开辅助触点闭合、KM1常闭辅助触点断开→KM1主触点闭合将L1、L2、L3三相电源分别供给电动机U、V、W端，电动机正转；KM1常开辅助触点闭合使得SB1松开后KM1线圈继续得电（接触器自锁）；KM1常闭辅助触点断开切断KM2线圈的供电，使KM2主触点无法闭合，实现KM1、KM2之间的连锁。②停止控制按下停转按钮SB3→KM1线圈失电→KM1主触点断开、KM1常开辅助触点断开、KM1常闭辅助触点闭合→KM1主触点断开使电动机断电而停转。反转过程①反转连锁控制按下反转按钮SB2→KM2线圈得电→KM2主触点闭合、KM2常开辅助触点闭合、KM2常闭辅助触点断开→KM2主触点闭合将L1、L2、L3三相电源分别供给电动机W、V、U端，电动机反转；KM2常开辅助触点闭合SB2松开后KM2线圈继续得电；KM2常闭辅助触点断开切断KM1线圈的供电，使KM1主触点无法闭合，实现KM1、KEM2之间的连锁。②停止控制按下停转按钮SB3→KM2线圈失电→KM2主触点断开、KM2常开辅助触点断开、KM2常闭辅助触点闭合→KM2主触点断开使电动机断电而停转。7.简述三相异步电动机用时间继电器控制Y→D降压起动的控制原理。说明这种起动方法的应用场合。答：合上漏电断路器引入三相电源。按起动按钮SB2，接触器KM1线圈、KM3线圈以及通电延时型时间继电器KT线圈通电，电动机接成星形起动；同时通过KM1的动合辅助触点自锁，时间继电器开始定时。当电动机接近于额定转速，即时间继电器延时时间到，KT的延时断开动断触点断开，切断KM3线圈电路，KM3断电，其主触点和辅助触点复位，使KM2线圈得电并持续通电，主触点闭合，电动机接成三角形运行。KT线圈也因KM2动断辅助触点断开而失电，KT的触点复位，为下一次起动做好准备。8.设计一个两台电动机顺序控制电路，要求M1起动后，M2才能起动，并能同时停止，其中M1还可点动(电路中仅提供4个按钮，其中3个动合按钮，一个动断按钮)。答：电路如下图示。KM触点串联在M2电动机控制支路中，起到顺序控制功能。SB1是停机总开关，点动SB1，控制电路失电，全部停机。M2点动控制是在运行开关SB3上并联点动SB4，SB4点动时必须切断自保KM2。题八设计图知识巩固7-1思答题1.“半导体”是几价元素，原子最外层是几个电子？答：是四价元素，最外层有4个电子。2.单晶硅的晶格怎样排列？原子最外层有几个电子围绕着公转？答：按共价键排列，每个原子最外层有8个电子围绕着公转，根据原子理论，这是一种稳定状态。3.在单晶硅中掺入3价元素的目的是什么？掺入5价元素的目的是什么？答：掺入3价元素的目的是：在形成共价键时多出一个带“+”电的“空穴”载流子。掺入5价元素的目的是：在形成共价键时多出一个电子。4.PN结是怎样形成的，PN结有什么用途？答：将P性材料和N性材料对接在一起，由于载流子的扩散就形成PN结。PN结的基本特性是单向导电性。5.光电二极管应用的是正向特性还是反向特性？答：应用的是反向特性，PN结在受到光照时反向电阻会下降，反向电流和光的照射强度成正比。6.光电二极管和光电池都是PN结结构，它们有哪些区别？答：①工作定位不同，光电二极管在反向偏压下工作，用于光信号检测；光电池无需外压，专注于光能电能的转换。‌②工作模式与物理特性的区别‌光电二极管：必须在反向偏压下工作，利用反向电流的光强线性关系实现信号检测。‌‌‌‌光电池：零偏置工作，依靠PN结内建电场分离光生载流子产生电势差。7.三极管具有电流放大功能，输出端分3个区域：饱和区、截止区和放大区。问：三极管作为开关应用，工作在那个区域？作为放大器应用，工作在哪个区域。答：三极管作为开关应用，工作在截止区和饱和区；作为放大器应用，工作在放大区，超出放大区信号会失真。8.场效晶体管是制造集成电路的首选器件，你能说出原因吗？答：有以下3种原因①电压控制与低功耗特性‌场效晶体管控制栅极是电压控制，不需电流。源极和漏极间阻抗极高，源-漏之间电流极小，几乎不消耗控制回路能量。②静态功耗接近零栅极绝缘层阻断了直流电流路径，静态功耗极低，适合集成数亿晶体管的芯片。答案：1.×、2.√、3.√、4.√。7-3计算题1.电路如图7-27所示。图中二极管为硅材料，请回答下面的问题。答案:（1）a图中二极管处于导通状态；b图中二极管处于截止状态；c图中二极管处于导通状态；d图中二极管处于截止状态。a图中二极管两端电压为0.7V，电压极性左正右负；电阻两端电压为9.3V，电压极性左正右负；b图中二极管两端电压为-9V，电压极性左负右正；电阻两端电压为0V；c图中二极管两端电压为0.7V，电压极性左正右负；电阻两端电压为4.3V，电压极性左正右负；d图中二极管两端电压为0.4V，电压极性左正右负；电阻两端电压为0V。a图中二极管导通，回路中电流；b图中二极管截止，回路中电流；c图中二极管导通，回路中电流d图中二极管导通，回路中电流答案：a图中二极管是截止的，Uao=-18V；b图中二极管是导通的，Ubo=-6V。答案：a图中在ui的正半周期二极管导通，uO的负半周期二极管截止。所以uO的最大值是15V。b图中在ui的正半周期二极管截止，uO的负半周期二极管导通。所以uO的最大值是15V。c图中在ui的正半周期二极管VD2导通，VD1截止；uO的负半周期二极管VD1导通，VD2截止。所以uO的最大值是15V。d图中在ui的正半周期二极管VD2导通，VD1截止；uO的负半周期二极管VD1导通，VD2截止。所以uO的最大值是0V。答案：答案：截止（b）饱和（c）放大（d）截止（e）放大（f）饱和答案：（1）6mA（2）10mA（3）IB变化量是55μA，IC变化量是5.5mA。第9章知识巩固答案9-1思答题1.运算放大器的理想化条件有哪些？由此得出的推论有哪些？答：理想化条件有：①开环电压增益无穷大Ao→∞，推论：“虚短”特性，u+=u-②输入电阻无穷大‌Ri→∞,推论：形成“虚断”条件，i+=i-=0③输出电阻为零‌：Ro→0，推论：保证带负载时输出电压稳定，不受负载影响2.输入电阻无穷大（‌Ri→∞）,有什么实际意义？答：输入电阻大，工作时对“信号源”影响小。比如毫伏表的测量放大电路，本来被测电压就很微弱，如果输入电阻又比较小，被测信号会产生较大的衰减，使测量误差增大。3.输出电阻为零（Ro→0）‌有什么好处？答：提高带载能力。例如放大器为信号源，输出标准电压为10V，当带上负载之后电压下降为9.5V，显然是不行的。如手机充电器，空载电压为5V，带载后电压下降为4.5V，手机不能充电。4.工作时引入负反馈有什么用途，没有负反馈能用吗？答：①提高放大倍数的稳定性；②减小非线性失真；③展宽频带；④影响输入和输出电阻。当放大器不引入负反馈，因为Ao→∞，电路没法工作。但是，运算放大器开环应用，可以组成比较器，用于波形变换。5.正反馈有用吗？什么情况下才使用正反馈？答：正反馈可以形成自激振荡，是信号发生器的选项。但是由于Ao→∞，必须通过负反馈将AF控制在一定的放大倍数，才能通过正反馈形成振荡器。6.正弦波振荡器是怎样实现正弦波振荡的？答：两个条件，①足够强的正反馈；②通过选频网络得到正弦波形。7.我们学习了三极管差分放大器，又学习了运算放大器组成的差分放大器，差分放大器主要解决哪些问题？答差分放大器的目的就是消除“零点漂移”。半导体器件都具有温敏特性，当温度变化时，集电极漏电流会增加，使工作点发生变化。如果将两只结构相同、工作特性相同的两个电路采用差分连接，取出的是差值信号，“零点漂移”信号就被剔除了。放大器的工作场合温度发生变化，也不会造成影响。9-3计算图答案：1.解：电压放大倍数答案：解：根据，答案解：答案：解：答案：答案：答案：解：答案：解：积分电路当输入电压是固定值时当输出电压下降到-10V时，所需时间答案：自激振荡的条件是：（1）相位平衡条件：，即反馈信号必须与假定的输入信号同相位，即必须是正反馈。（2）幅值平衡条件：，反馈电压的幅值必须与假定的输入电压幅值相等，即反馈电压必须要有足够的强度，以维持电路的稳定振荡。当放大器满足了自激振荡的条件，还必须满足起振条件，同时具备稳幅功能，才能形成正弦波振荡。答案：解：（1）A1构成的是反相输入放大电路；A2构成的是过零比较器电路；A3构成的是电压跟随器电路。（2）A1工作在线性区；A2工作在非线性区；A3工作在线性区。（3）uo1波形为与ui相位相反幅值相同的正弦波。当uO1>0时，uO2=-6V；当uO1<0时，uO2=6V。由于A3构成的是电压跟随器，所以uO3=uO2。波形如下：知识巩固（答案）10-1思答题1.历史上世界各国为什么都采用十进制计数法？答：十进制成为全球通用的计数标准主要源于人类生理特征与历史发展双重因素：人类普遍拥有10根手指，这种生理结构直接促使古人以“满十进一”作为计数基础。这种天然的计数工具促进了十进制的广泛采用。2.二进制计数法是怎样产生的？答：莱布尼茨是数学家，和牛顿完成了微积分的研究，莱布尼茨给出的微积分表达式沿用至今。莱布尼茨出于对数学的爱好和哲学的信仰，1679年对二进制进行了深入研究，并给出了二进制的计算公式。并认为一切数均可由0和1推导而来。二进制真正排上用场是200年以后出现了电子计算机，一是计算机的高低电平和二进制有着天然的对应关系，二是“一切数均可由0和1推导而来”，解决计算机的根本问题。3.计算机既然工作在二进制，当需要其它进制的数字怎么办？答：采用编码器将二进制代码编为其它进制的数码。4.ASCII编码表有哪些用途？答：主要用于将字符转换为对应的数值编码，支持文本处理、通信协议、编程语言等领域的基础功能实现。ASCII编码表通过将字符映射为二进制数值，使计算机能够存储、传输和显示文本数据。例如，在数据库中存储英文文本时，每个字母对应唯一的7位二进制代码，便于高效检索和比较。5.基本逻辑代数有哪些？各是什么功能？答：与逻辑、或逻辑和非逻辑。①与逻辑是事物间的一种因果关系：当决定某个事件的全部条件都具备时，结果才能发生。②或逻辑关系是指：当决定某个事件的条件中，只要有一个具备，结果就会发生，所有条件均不具备时，结果才不会发生。③非，即相反。非逻辑关系是指结果与条件正好相反。条件具备时，结果不发生；条件不具备时，结果发生。6.逻辑代数和普通代数有哪些区别？答：①定义不同。普通代数是研究的实数或复数的运算及其性质，如加法、减法、乘法、除法等；逻辑代数又称布尔代数，是一种用于描述逻辑关系和操作的代数系统。它主要研究真值之间的逻辑关系，如与（AND）、或（OR）、非（NOT）等。②应用领域不同。普通代数应用广泛，包括物理学、工程学、经济学等多个学科的计算和分析。常用于解决线性方程组、不等式、函数问题等。逻辑代数主要应用于计算机科学、电子工程、人工智能等领域。用于设计电路（如逻辑门电路）、编写程序（条件语句、循环结构）、构建逻辑推理系统等。答案：1.C，2.C，3.A，4.B。答案：1.√，2.√，3.√，4.×，5.√。答案：1.（1）（10101110）B，（2）（100101）B，（3）（1010001）B，（4）（1110）B。2.（1）（13）D，（2）（11）D，（3）（38）D，（4）（93）D。3.（1）（113）O，（4B）H，（2）（162）O，（72）H，（3）（143）O，（63）H，（4）（361）O，（F1）H。4.（1）（1000）8424BCD，（1011）5421BCD，（1011）余3BCD，（2）（0101）8424BCD，（1000）5421BCD，（1000）余3BCD，（3）（0011）8424BCD，（0011）5421BCD，（0110）余3BCD，（4）（0111）8424BCD，（1010）5421BCD，（1010）余3BCD。答案：1.（1）（2）（3）（4）答案：2.（1）ABCY00010011010101101001101111001110（2）ABCY00000010010001101000101111011111（3）ABCY00000010010001101000101111011111知识巩固11-1思答题1.何谓门电路？门电路是由什么组成的？答：由电子电路组成的处理数字信号的电路，称为门电路，门是开关的意思。2.门电路是由哪些电子器件组成的？答：是由三极管、场效晶体管、二极管以及电阻等电子器件组成。3.基本逻辑门有哪几种？复合基本逻辑门有哪几种？答：基本逻辑门有与或非；复合基本逻辑门有与非、或非和异或门。4.何谓TTL集成门电路；何谓CMOS集成电路？答：TTL集成门电路是由三极管制造的的集成门电路；CMOS集成电路是指两层意思，一层是电路由COS器件制造；另一层意思是电路是由PMOS和NMOS器件进行互补构成的电路，称为CMOS门电路。5.什么是OC门，OC门有哪些特点？OC门是一种数字电路逻辑门，其输出端采用开漏（高阻态）设计，需外接上拉电阻或电源实现电平转换。以下是其主要特点：核心特点：“开漏”输出‌：输出端无法直接输出高电平，仅能通过外接上拉电阻或电源将电平拉高，实现高低电平转换。‌逻辑功能‌：可实现与、或、非等逻辑运算，常用于电平转换和驱动器设计。‌线与逻辑‌：多个OC门输出端并联连接时，通过外部上拉电阻形成“线与”逻辑，适用于总线传输等场景。‌6.现在的高密度集成电路均采用MOS器件制造，根本原因是哪些？答：MOS集成电路功耗低，可以提高集成度，所以选择MOS器件制造。7.TSL三态门和CMOS传输门二者有哪些异同？答：二者的差异主要体现在控制机制、输出状态和用途上：①控制机制TSL三态门通过‌使能端

（EN）‌控制输出状态：EN=1‌：输出跟随输入逻辑（正常逻辑运算）；EN=0‌：输出高阻态（相当于断开电路）。CMOS传输门通过‌

控制信号

‌直接控制通断：导通时传递信号，阻断时隔离电路。‌②输出状态TSL三态门输出包含‌

高阻态

‌（Z态），既非高电平也非低电平，相当于断开电路。‌CMOS传输门仅控制信号通断，无独立高阻态输出。③核心功能差异TSL三态门主要用于‌

总线接口

‌，通过EN端实现多设备共享总线，支持高阻态隔离。CMOS传输门作为‌

模拟开关

‌，用于传输模拟信号或控制数字信号通断。8.组合逻辑电路的两大特点是什么？答：①任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与原理的状态无关；②电路无记忆功能，断电后不会主动回到初始状态，而是完全停止响应输入，需重新上电才能恢复。9.组合逻辑电路的基础部件为什么都是与、或、非门电路的组合？答：与门、或门、非门电路是逻辑控制的三大部件，组合逻辑电路只是这三大部件的组合。到时序逻辑电路还是这三大部件的组合。10.编码器和译码器的区别有哪些？答：主要体现在3个方面。①功能差异‌编码器将输入信号转换为特定二进制代码，如二—十进制编码、优先编码器；译码器执行相反操作，将二进制代码还原为原始信号，例如将8421BCD码转换为七段显示器的驱动信号‌，或在通信中解码加密信息‌等。②应用场景‌编码器常用于测量旋转角度（如电机控制、机器人）或数据压缩‌；译码器多用于显示驱动（如数码管）、逻辑电路扩展或通信系统的信息还原‌。③工作原理‌编码器通过传感器或逻辑电路实现信号转换，可分为增量式与绝对式‌；译码器基于逻辑门电路实现完全译码，例如3线-8线译码器通过低电平有效输出控制多路设备。‌答案：与门、或门、非门；或门、；0,1,1,0，；逻辑，TTL，与非；高电平1态，低电平0态，高阻；受控模拟，可以，双；门槛，输入，高、低电平，1.4；+VDD；具有特定意义的信息，相应二进制代码表示；答案：代码变换器，4,7；4线-10线，4,10,4,8421BCD码，输出信号，10，十进制数码；或非，有1出0，全0为1；答案：低，高，1，输出，低，高，,1，低，有效，高，任意，任意，低，高，非；高，BCD，0010；11-3选择题答案：1.C，2.B，3.A，4.A，5.B，6.A。11-4判断题答案：1.×，2.×，3.×,4.√，5.×,6.√,7.×,8.√,9.×,10.√知识巩固答案12-1思答题1.RS触发器是由2个与非门组成的，为什么具有触发翻转功能？2个与非门均引入了反馈，是负反馈还是正反馈？答：RS触发器是由2级与非门串联组成的，反馈信号是由Q2的输出端加在Q1的输入端，因为V1、V2各反向180°，即反馈信号和输入信号同相位，即为正反馈。反馈系数F=1，电路得到可靠翻转。题1分析图2.同步RS触发器当PC、R、S同时为高电平，输出状态“不定”，你认为存在这种情况该触发器可用吗？答：不可用，因为工作不可靠。3.JK触发器在触发器中处于什么位置，主要用途有哪些？答：JK触发器作为数字电路中的核心组件，其用途主要体现在以下功能特性中：①数据存储与保持、②复位与置位（复位功能‌：J=0、K=1时强制输出Q=0，用于电路初始化或数据清零；置位功能‌：J=1、K=0时强制输出Q=1，用于预设初始状态或响应特定信号）、③状态翻转。4.JK触发器有空翻现象吗？JK触发器又衍生了哪种触发器？答：①JK触发器没有空翻现象；②由JK触发器又衍生了D触发器、T触发器和T/触发器。5.D触发器、T触发器和各具有哪些功能，都可以组成哪些功能电路？答：①D触发器功能为：CP到来，输出状态与D相同。D触发器主要用途：数据存储、时序控制、寄存与移位、计数与分频、信号同步。②T触发器功能：CP到来，T=0，状态不变；T=1，状态翻转。T触发器主要用途：状态翻转控制‌、频率分频‌、计数功能‌、脉冲信号转换‌。6.寄存器是由哪种触发器构成的，寄存器有哪些用途？答：寄存器主要由D触发器构成，具体用途包括存储指令、数据和地址信息，并可通过控制电路实现数据接收与消除功能。①存储功能‌：保存指令、数据和地址信息，为CPU处理提供必要数据。②控制功能‌：通过门电路等控制电路实现数据的接收与消除。③控制功能‌：通过门电路等控制电路实现数据的接收与消除。寄存器分类：基本寄存器

‌：仅支持并行输入/输出，用于固定数据存储。移位寄存器

‌：支持串行或并行操作，灵活处理数据传输。7.计数器是由哪种触发器构成的，计数器有哪些用途？答：计数器通常由‌

D触发器、

‌JK触发器或T触发器构成，具体取决于计数器的类型和设计需求。主要用途为：①定时与分频

‌：通过统计时钟脉冲数量实现定时控制，例如电子钟表中的秒针驱动。‌②计数与控制

‌：统计事件发生次数，如交通信号灯的周期控制。③

模数转换

‌：通过逻辑门扩展实现模数计数（如模10计数器），用于显示系统。④

信号处理

‌：降低信号频率（如分频器），或驱动数码管显示数字信息。8.A/D转换器硬件由哪几种典型电路组成的？主要用途有哪些？答：硬件电路主要有3部分：①‌‌

采样保持电路

‌：用于稳定输入信号，防止模拟信号因外部干扰而失真。电路由MOS开关管进行斩波，由电容C保持电压的幅度，由运算放大器输出斩波电压。②量化器

‌：将模拟信号离散化为数字量，通常由

数模转换器

（A/D转换器）实现。A/D转换器是由256个电阻组成的阶梯分压电路，每个电阻分得的电压为△，即将模拟量数字化。③

编码器

‌：将量化后的数字量转换为二进制代码，完成从模拟到数字的最终转换。编码器是由8路模拟开关，通过3位地址码的二进制控制，完成A/D转换。主要用途①计算机接口。当有模拟信号需要计算机处理时，必须先通过A/D转换电路转换为数字信号，计算机才能识别。②工业监测‌。实时采集电流、电压等参数，转换为数字信号供PLC或上位机处理，例如电力系统的交流电流采集模块（如AC12P）可同步监测12路电流并输出有效值、峰值等数据。③通信与控制‌。将传感器（如温度传感器）输出的模拟信号转换为数字信号，供数字系统处理，广泛应用于雷达、6G通信等领域。④数据采集与存储‌。将模拟数据转换为数字格式，便于存储或传输，例如将温度、压力等物理量数字化后存入数据库。9.半导体存储器分为哪两种？智能系统离了存储器能否正常工作？答：1.随机存取存储器（RAM）‌。特性‌：支持随机读写，断电后数据丢失（易失性）。2.只读存储器（ROM）‌。特性‌：通常仅支持读取，断电后数据保留（非易失性）。3.因为智能系统是进行数据加工的，没有存储器就没有数据的来源，因此，离了存储器智能系统不能工作。答案：组合逻辑电路，时序逻辑电路；输入信号，电路原来输出，记忆；SD，RD，时钟脉冲；输入时钟脉冲；接收，暂存，传递，触发器，触发器，1，二进制数码；随机存储器，RAM，只读存储器，ROM;数码移位方向，左移，右移，双向；触发器状态保持不变，触发器置0，触发器被置1，触发器翻转，保持，翻转；相同，触发器，输入端，相同；（1）0,0，不发声，1，绿；（2）0,0，不发声，0，红；（3）1,1，发声，0，红。12-4判断题1.存储器即为寄存器，两者实质上是一样的。（×）2.门电路无记忆功能，但用门电路构成的触发器具有记忆功能。（√）3.在触发器的逻辑符号中，用小圆圈表示反相。（×）4.A/D转换电路是将模拟信号转换为十进制数字信号。（√）5.D/A转换电路是将二进制数字信号转换为模拟信号。（√）6.A/D转换是通过取样、保存、量化和编码四个步骤才能完成。（√）7.D/A转换时，输入的数字量为n位，其输入的组合为2n种。（√）8.若模拟输出满度值设为x，数字输入为n位，则转换的最小模拟量为（√）9.存储器分RAM和ROM两类，使用时区别不大。（×）10.一个触发器只能保存1位二值信息。（√）11.所谓上升沿触发，是指触发器的输出状态变化发生在CP脉冲从0到1的时刻。（√）12.T触发器中当T=0时，称其为T'触发器。（×）13.每个触发器均有两个状态相反的输出端。（√）14.加法计数器一般为同步计数器，减法计数器一般为异步计数器。（×）1.答案：2.答案：3.答案：4.答案：知识巩固答案13-1思答题1.直流斩波电路是怎样完成斩波升压和降压控制的？答：直流斩波器有两种接法，一种是斩波开关导通时接地，储能电感电流也流向地，此时是电感储能阶段。当开关断开，电感和电源同时向负载供电，使负载电压大于电源电压，是升压斩波。另一种是斩波开关和储能电感是串联关系，当开关管导通，电源电流通过电感流向负载，当开关管断开，电感独立向负载放电，即负载上电压低于电源电压。2.我们称变频器为课程综合应用，请做一下统计，变频器用到了课程中的哪些核心知识点。答：该课程讲过的知识点在变频器上都用到了。先说电工部分：直流电、交流电、三相交流电的知识点都涉及到了。传感器、