电工电子技术及应用

第一章直流电路第一节电路的基本知识第二节电路的两个基本定律第三节电源的工作状态第四节线性电路基本原理及电位计算第一节电路的基本知识一、电路的组成电路是电流的通路，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。在日常生活中最常用的手电筒电路就是一个最简单的电路，如图1-1所示。下一页第一节电路的基本知识一、电路的组成组成电路的基本部件如下1.电源它是电路中电能的来源。电源的功能是将其他形式的能量转换为电能。2.负载用电设备叫负载，它将电能转换成其他形式的能量

3.中间环节主要是指连接导线和控制电路通断的开关电器，以及保障安全用电的保护电器(如熔断器等)。它们将电源及负载连接起来，构成电流通路下一页上一页第一节电路的基本知识二、电路中的基本物理量

1.电流电流是带电粒子在外电场的作用下做有秩序的移动而形成的。电流的实际方向是客观存在的，习惯上规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。如图1-2所示，当电流的实际方向与其参考方向一致时，电流为正值;反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，电流则为负值。在国际单位制(SI)中，电流的单位是A(安培)下一页上一页第一节电路的基本知识二、电路中的基本物理量

2.电压电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功称为a,b两点之间的电压，用U或u表示电压又称为电位差，它总是和电路中的两个点有关，电压的方向规定为由高电位端(“+”极性)指向低电位端(“-”极性)，即为电位降低的方向在国际单位制中，电压的单位是V(伏特)为了分析方便，常常采用关联的参考方向，即把元件上电压和电流的参考方向取为一致，见图1-4(a)。当然也可采用非关联参考方向，即使元件上电压和电流的参考方向互不相关，见图1-4(b)下一页上一页第一节电路的基本知识二、电路中的基本物理量

3.功率电路的基本作用之一是实现能量的传递，用功率(power)来表示能量变化的速率，常用P或p来表示。在直流情况下，当电压、电流为关联参考方向时

P=UI此时，若算得的功率P>0，元件为吸收功率;P<0，则为产生功率在国际单位制中，功率的单位是W(瓦)或kW(千瓦)上一页返回第二节电路的两个基本定律一、欧姆定律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。在图1-7(a)所标定的关联参考方向下，欧姆定律可表示成如下的形式式中，R即为该段电路的电阻在国际单位制中，电阻的单位是Ω(欧姆)下一页第二节电路的两个基本定律二、基尔霍夫定律几个术语：支路:电路中的每一分支称为支路，一条支路流过一个电流，称为支路电流，图1-8中共有三条支路。节点:电路中三条或三条以上的支路相连接的点称为节点，图1-8所示电路中共有两个节点a和b。

回路:由一条或多条支路组成的闭合路径称为回路，图1-8中共有三个回路abca,abda,adbca，一个电路至少要有一个回路。

基尔霍夫定律包括两条定律:基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。下一页上一页第二节电路的两个基本定律二、基尔霍夫定律1.基尔霍夫电流定律在任一瞬时，流经电路任一节点的电流的代数和等于零。在这里，对电流的“代数和”做这样的规定:参考方向流人节点的电流取正号，流出节点的电流取负号。2.基尔霍夫电压定律在任一时刻，任一回路内所有支路电压的代数和恒等于零。上一页返回第三节电源的工作状态一、带载工作状态将图1-14中的开关合上，接通电源与负载，这就是电源的带载工作状态1.电压和电流由上式可知，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的电压降R0I。电流愈大，则电源端电压下降得愈多，图1-15为电源的外特性曲线，它表明了电源端电压U与输出电流I之间的关系，其斜率与电源内阻R0有关。下一页第三节电源的工作状态一、带载工作状态2.功率与功率平衡式中PE=EI——电源产生的功率;

ΔP=R0I2——电源内阻上消耗的功率;P=UI——电源输出的功率下一页上一页第三节电源的工作状态二、开路(空载)状态图1-14所示电路中，当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态，见图1-16电源开路时的特征可用下列各式表示上一页返回第四节线性电路基本原理及电位计算一、叠加原理对于线性电路，任何一条支路的响应(电压或电流)均可看成是每个独立源(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。最后需要强调的一点是，考虑电路中一个电源单独作用时，应将其余电源作“零值”处理，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。下一页第四节线性电路基本原理及电位计算二、等效电源定理一个电源可以用两种电路模型来表示，电压源模型和电流源模型，因此，就有两个著名的等效电源定理:戴维南定理和诺顿定理，这里主要谈一下戴维南定理。任何一个线性有源二端网络均可用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替。(如图1-20所示)。等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压U0，内阻R0等于去掉有源网络中所有电源后所得到的无源网络a,b两端之间的等效电阻。下一页上一页第四节线性电路基本原理及电位计算三、电路中电位的计算在电位这个概念中，一个十分重要的因素就是参考点，在电路图中，参考点用符号“⊥”表示，通常参考点的电位为零，故参考点又叫做“零电位点”。在计算电路中各点电位时，参考点可以任意选取。如图1-22所示有了电位的概念，为了简化电路，常常略去电源，而各端标以电位值，例如，图1-22(b)可简化为图1-23所示的形式上一页返回图1-1手电筒电路示竟图返回图1-2电流的参考方向返回图1-4关联与非关联参考方向的表示返回图1-7欧姆定律返回图1-8电路举例返回图1-14电源的带载工作状态返回图1-15电源的外特性曲线返回图1-16电源开路返回图1-20戴维南定理返回图1-22电路中电位的计算返回图1-23图1-22(b)的简化电路返回第二章正弦交流电路第一节正弦量第二节正弦量的相量第三节电路元件的电压电流关系第四节RLC串联电路第五节复阻抗的串联与并联第六节正弦交流电路的功率第七节电路中的谐振第一节正弦量实际工程技术中所遇到的电流、电压，在许多情况下，其大小和方向都是随时间变化的，这类电量统称为交流量。在交流量中，有许多是按照一定的时间间隔循环变化的，这样的交流量称为周期性交流量。随时间按正弦规律变化的周期量称为正弦交流量，简称正弦量。图2-1所示的电流波形为正弦波，其瞬时值表达式为下一页第一节正弦量一、周期、频率、角频率

正弦量每变化完整一次所需的时间称为周期，用字母T表示，单位是秒(s)。正弦量在每秒内变化的次数称为频率，用字母f表示，单位是赫兹(Hz)。周期和频率互为倒数，即

正弦量表达式中的ω角频率，即正弦量每秒钟变化的电角度，单位是弧度/秒(rad/s)。因为正弦量一周期经历了2π弧度，所以角频率为下一页上一页第一节正弦量二、振幅和有效值

正弦量任一瞬间的值称为瞬时值，瞬时值中最大的值称为振幅，或称为最大值。以交流电流为例，其有效值定义是:一个周期量和一个直流量，分别作用于同一电阻，如果经过一个周期的时间产生相等的热量，则这个周期量的有效值等于这个直流量的大小。对于正弦量，最大值是有效值的倍下一页上一页第一节正弦量三、相位与初相位通常，正弦量是连续变化的，一般没有确定的起点和终点，但为了便于说明问题，选择一个计算时间的起点非常必要。若规定正弦量由负变正的零点为变化起点，t=0的时刻为时间起点，则任意瞬间的电角度

称为正弦量的相位角，简称相位。

t=0的相位角Ψ叫做初相位或初相角。下一页上一页第一节正弦量四、相位差设有两个同频率的正弦量它们之间的相位之差称为相位差，用Φ表示可见，两个同频率正弦量的相位差，实质上等于它们的初相之差，它是一个与时间无关、与计时起点也无关的常数。上一页返回第二节正弦量的相量一、复数的三种形式1.代数形式式中:a为复数A的实部，b为复数A的虚部，j=为虚数单位，数学中用i表示，电工技术中因为都用i表示电流，所以改用j代表。每一个复数A=a+jb，在复平面上都有一个点A(a,b)和它对应，如图2-4所示下一页第二节正弦量的相量一、复数的三种形式2.指数形式3.三角形式下一页上一页第二节正弦量的相量二、复数的运算1.复数的加减进行复数相加(或相减)，要先把复数化为代数形式。设有两个复数则它们的相加、减运算为复数的加、减运算也可在复平面上用平行四边形法则作图完成，见图2-5所示下一页上一页第二节正弦量的相量二、复数的运算2.复数的乘除复数的指数形式和极坐标形式便于进行乘、除运算。设两个复数为则它们的乘、除运算为复数相乘、除的儿何意义分别如图2-6(a)、(b)所示下一页上一页第二节正弦量的相量三、正弦量的相量设有一正弦电流为设另有一复数为对比以上两式可以得出，正弦电流i就是复数的虚部。因为式中:是一复常量，它的模就是正弦电流i的有效值I,幅角就是正弦电流i的初相Ψi，将这个复常量用字母表示，即下一页上一页第二节正弦量的相量三、正弦量的相量一个正弦量就可以用一个复数来表示。表示的方法是:复数的模对应正弦量的有效值;复数的幅角对应正弦量的初相角。以后把这个能表示正弦量特征的复数称为“相量”，并用上面带小点的大写字母表示，如

表示电流相量，

表示电压相量上一页返回第三节电路元件的电压电流关系一、电容元件假定在任一瞬时，电容元件通过的电流ic与电容元件两端的电压uc在关联参考方向下，见图2-10。在正弦交流电路中，电容元件电压和电流是同频率的正弦量，电压滞后电流π/2，其有限值的关系为电容元件电压与电流的波形图如图2-11所示，在图2-12中，电容的电压、电流相量分别为电容中的电流超前电容元件两端的电压π/2,其相量图如图2-13所示.下一页第三节电路元件的电压电流关系二、电阻元件在正弦交流电路中，假定在任一瞬时电压UR和电流IR在关联参考方向下，见图2-14根据欧姆定律由上式可知，电阻元件上uR、iR正弦量频率相同，相位相同，它们的最大值或有效值之间的关系符合欧姆定律，即表示电阻元件电压与电流的波形图如图2-15所示下一页上一页第三节电路元件的电压电流关系二、电阻元件下面用相量来分析，见图2-16,电阻的电流、电压相量形式分别为由电阻元件伏安关系的形式，可得电阻元件的相量模型，如图2-16所示。图2-17则为电阻元件的电压、电流相量图。下一页上一页第三节电路元件的电压电流关系三、电感元件假定在任一瞬时，电压uL和电流iL在关联参考方向下，见图2-18在正弦交流电路中，电感元件的电压和电流是同频率的正弦量，其有效值或最大值之间的关系为或

电压超前于电流π/2电压与电流的波形图如图2-19所示下一页上一页第三节电路元件的电压电流关系三、电感元件在图2-20中电感电压、电流相量分别为电感两端的电压超前电感元件中通过的电流π/2，图2-21为电感元件的相量图。上一页返回第四节RLC串联电路图2-22(a)为RLC串联电路的电路图，各正弦量的参考方向如图所示RLC串联电路的相量模型如图2-22(b)所示Z为电路的复阻抗，其图形符号如图2-23所示上式被称为欧姆定律的相量形式将复阻抗用极坐标形式表示为其中|Z|是复阻抗的模，φ为复阻抗的幅角。同时可得，复阻抗的模|Z|、实部R及虚部X构成一个直角三角形，如图2-24(a)所示，称为阻抗三角形。下一页第四节RLC串联电路上式表明，复阻抗的模|Z|是其端电压与电流有效值之比，称为电路的阻抗。复阻抗的幅角是电压超前电流的相位角，称为电路的阻抗角。所以复阻抗Z综合反映厂电压与电流之间的数值及相位关系。在RLC串联电路中，选择电流

为参考正弦量，则

与

同相，比

超前π/2,比

滞后π/2,可画出电路的相量图如图2-25所示。上一页返回第五节复阻抗的串联与并联一、复阻抗的串联n个复阻抗串联，如图2-26(a)所示，其等效复阻抗Zea等于n个串联的复阻抗之和，即各个复阻抗的电压分配与复阻抗成正比，即

等效电路如图2-26(b)所示下一页第五节复阻抗的串联与并联二、复阻抗的并联n个复阻抗并联，如图2-27(a)所示，其等效复阻抗Zea的倒数等于n个并联的复阻抗倒数之和，即各个复阻抗的电流分配与复阻抗成反比，即等效电路如图2-27(b)所示下一页上一页第五节复阻抗的串联与并联二、复阻抗的并联在两个复阻抗并联的情况下，电路如图2-28所示，其等效复阻抗为对于一个不含独立电源由R、L、C构成的二端网络N，如图2-29所示，其等效复阻抗Zea可以通过端口电压

和端口电流

求得，即上一页返回第六节正弦交流电路的功率一、有功功率P图2-30所示网络中电压u和电流i是同频率的正弦量，选取关联参考方向有功功率也称为平均功率P，即cosφ称为电路的功率因数下一页第六节正弦交流电路的功率二、无功功率Q由于电路中存在的电感、电容元件实际不消耗能量，而只有电源与电感、电容元件间的能量互换，我们把这种能量交换的最大速率，定义为无功功率，用Q来表示，即下一页上一页第六节正弦交流电路的功率三、视在功率S通常将电压和电流有效值的乘积称为视在功率，用大写字母5表示，即为了与有功功率和无功功率相区别，视在功率的单位用(V.A)或千伏安(kV.A)表示。根据上面对有功功率P、无功功率Q和视在功率S的分析，得到下式图2-31称为功率三角形。可见功率三角形与电压三角形、阻抗三角形都是相似三角形。上一页返回第七节电路中的谐振一、串联电路的谐振图2-33(a)所示的RLC串联电路复阻抗为当虚部为零，电路发生谐振，得到串联谐振条件为谐振角频率谐振频率谐振频率只与电路的L,C参数有关，与R无关，见图2-33(b)下一页第七节电路中的谐振二、并联电路的谐振在图2-34中，用电阻R和电感L的串联来表示实际线圈，线圈与电容器C组成并联谐振电路。线圈和电容的复阻抗分别为电路的复阻抗下一页上一页第七节电路中的谐振二、并联电路的谐振谐振时复阻抗的虑部为零，得到并联谐振条件为谐振角频率谐振频率上一页返回图2-1正弦电流波形返回图2-4复数的矢量表示返回图2-5平行四边形法则返回图2-6复数相乘、除的几何竟义返回图2-10交流电路中的电容元件返回图2-11电容元件电压、电流的波形图返回图2-12电容元件的相量模型返回图2-13电容元件的相量返回图2-14交流电路中的电阻元件返回图2-15电阻元件电压、电流的波形图返回图2-16电阻元件的相量模型返回图2-17电阻元件的相量图返回图2-18交流电路中的电感元件返回图2-19电感兀件电压、电流的波形图返回图2-20电感元件的相量模型返回图2-21电感元件的相量图返回图2-22RLC串联电路图及相量模型返回图2-23复阻抗的图形符号返回图2-24阻抗三角形和电压三角形返回图2-25RLC串联电路的相量图返回图2-26复阻抗的串联及其等效电路返回图2-27复阻抗的并联及其等效电路返回图2-28两个复阻抗的并联返回图2-29二端网络返回图2-30无源二端网络返回图2-31功率三角形返回图2-33串联谐振电路及其频率特性返回图2-34并联谐振电路图返回第三章三相交流电路第一节对称三相正弦量第二节三相电源和负载的连接第三节三相电路的计算

第四节对称三相电路的功率第一节对称三相正弦量对称三相正弦电压是由三相发电机产生的，它们的频率相同、振幅相等、相位彼此相差120°，这样一组正弦电压称为对称三相正弦电压。三相分别称为U相、V相和W相，三相电源的始端(也叫相头)分别标以U1,V1,W1，末端(也叫相尾)分别标以U2、V2、W2，如图3-1所示。波形图和相量图分别如图3-2所示。对称三相正弦电压瞬时值之和恒为零，这是对称三相正弦电压的特点，也适用于其他对称三相正弦量。返回第二节三相电源和负载的连接一、三相电源的星形连接

如图3-3所示，把三相电源的负极性端即末端接在一起成为一个公共点，叫做中性点，用N表示，由始端U1、V1、W1引出三根线作为输电线，这种连接方式称为星形连接。由始端U1、V1、W1引出的三根线叫做端线(相线)。从中性点引出的线叫做中性线。每相电源的电压称为电源的相电压端线之间的电压称为线电压。相电压和线电压的相量图如图3-4所示流过端线的电流叫做线电流。下一页第二节三相电源和负载的连接二、三相电源的三角形连接如图3-5所示，将三相电源的始端和末端依次连接，即U相的末端与V相的始端连接，V相的末端与W相的始端连接，W相的末端与U相的始端连接。组成一个三角形，从三角形的三个顶点引出三根线作为输电线，这种连接方式称为三角形连接。如果电源的三个相电流是一组对称正弦量，那么相量图如图3-6所示，由图可知，三个线电流也是一组对称正弦量。下一页上一页第二节三相电源和负载的连接二、三相电源的三角形连接总之，当三相电流对称时，线电流的有效值是相电流有效值的倍，线电流滞后对应的相电流30°，即下一页上一页第二节三相电源和负载的连接三、三相负载的连接交流电器设备种类繁多，按其对电源的要求可分为两类。一类是只需单相电源即可下作，称为单相负载;另一类必须接上三相电源才能正常下作，称为三相负载。三相负载中，如果每相的复阻抗相等，则称为对称三相负载，否则就是不对称三相负载。为了满足负载对电源电压的不同要求，三相负载也有星形和三角形两种连接方式。如图3-7(a)所示为三相负载的星形连接，N’为负载中性点，如图3-7(b)所示为三相负载的三角形连接。上一页返回第三节三相电路的计算一、对称三相电路的计算由对称三相电源和对称三相负载组成的电路称为对称三相电路。在三相四线制电路中，线电流的参考方向是由电源端流向负载端，而中性线电流的参考方向规定为负载端流向电源端，如图3-9所示。对称三相电路中，线电流、相电流、线电压和相电压都是对称的，因此三个线电流的相量和等于零，即中性线电流为零。下一页第三节三相电路的计算二、中性线的作用在三相电路中，只要有一部分不对称就成为不对称三相电路。一般情况下，三相电源认为总是对称的，输电线阻抗也是对称的。不对称主要是因为负载的不对称，使三相电路失去对称特点。在照明电路中，常把单相设备组合成三相负载。如某栋大楼的单相用电设备分组分别接在L1，L2，L3三相上，虽然设计时尽量使它们均衡，但使用中仍然无法平衡，这就造成负载的不对称。尤其是电路发生故障时，负载的不对称程度更加严重。上一页返回第四节对称三相电路的功率在三相交流电路中，三相负载消耗的总功率就等于各相负载消耗的功率之和，即每相负载的功率在对称三相电路中，各相负载的功率相同，三相负载的总功率为下一页第四节对称三相电路的功率不论负载是星形连接还是三角形连接，对称三相负载消耗的功率都可以表示为对称三相电路的无功功率为对称三相电路的视在功率为上一页返回图3-1三相电源返回图3-2对称三相电压波形图与相量图返回图3-3三相电源的星形连接返回图3-4星形连接相电压与线电压的相量图返回图3-5三相电源的三角形连接返回图3-6三角形连接的电流相量图返回图3-7三相负载的星形连接与三角形连接返回图3-9三相四线制电路返回第四章磁路与变压器第一节磁路的基本知识第二节变压器第三节几种常用变压器第一节磁路的基本知识一、磁路由铁芯制成，使磁通集中能过的回路称磁路。如图4-1所示。铁芯中的磁通Φ称为主磁通。若用Φ表示磁通，线圈中电流有效值I与线圈匝数N的乘积表示磁动势，Rm表示磁阻。磁路与电路对照如表4-1所示。下一页第一节磁路的基本知识二、磁滞现象当铁芯线圈通入交流电时，铁芯中的磁畴会随交流电的变化而被反复磁化。但由于磁畴本身存在“惯性”，使得磁通的变化滞后于电流的变化。这种现象称为磁滞。反复磁化形成的封闭曲线称为磁滞回线。如图4-4所示。外磁场不断克服磁畴的“惯性”要消耗一定的能量，称磁滞损耗。磁滞损耗是引起铁芯发热的原因之一。在交流供电用电设备中，应选择磁滞损耗小的铁磁材料，称软磁材料。相反，磁滞损耗较大的铁磁材料称硬磁材料。不同铁磁材料可用专门仪器测出其磁滞回线进行比较，以区分各属于何性。

表4-3对硬、软磁材料进行了比较、下一页上一页第一节磁路的基本知识三、涡流交变的磁通穿过铁芯导体时，根据法拉第电磁感应定律，在其内部产生旋涡形的电流，称为涡流、如图4-5(a)所示涡流会使铁芯发热并消耗能量，称涡流损耗，为厂减少涡流损耗，铁芯通常采用彼此绝缘的硅钢片叠成，而且所用的硅钢片中含有少量的硅(0.8%-4.8%)，如图4-5(b)所示。下一页上一页第一节磁路的基本知识四、交流铁芯线圈电路

图4-6为交流铁芯线圈电路。由于线圈中有铁芯存在，使线圈的外加电压与线圈中的电流是非线性关系。这种非线性关系主要是因为磁通与电流的非线性关系造成的。其非线性关系可由磁化曲线分析得出。而电压与磁通的关系由以下公式得出。式中U—加在铁芯线圈上的电压的有效值;N—线圈匝数;f—电源频率;

Φm—铁芯中交变磁通的幅值。上一页返回第二节变压器一、变压器的基本结构1.线圈线圈又称为绕组。接电源的绕组称为原绕组(或初级绕组、一次绕组)，接负载的绕组称为副绕组(或次级绕组、二次绕组)。2.铁芯变压器铁芯的作用是构成磁路。变压器的铁芯一般分为心式和壳式两大类。如图4-7所示。心式变压器在两侧铁芯柱上放置线圈，壳式变压器在中间铁芯柱上放置线圈。下一页第二节变压器二、变压器的工作原理

图4-8为变压器空载运行原理图。变压器空载运行是指原绕组接电源，副绕组开路的状态。理想状态下，变压器的电压变换关系为

当副绕组接入负载Z2时，称有载运行。图4-9为变压器的有载运行原理图。在理想情况下，输入变压器的功率全部消耗在负载上，有下一页上一页第二节变压器二、变压器的工作原理在图4-10中，副绕组接入阻抗值为|Z2|的负载，从原绕组看进去等效阻抗值为|Z1|，有下一页上一页第二节变压器三、变压器的外特性在电源电压和负载功率因数不变的条件下，变压器副绕组电压U2与电流I2的关系称为变压器的外特性。变压器副绕组所接负载变化时，电压U2将随负载电流I2的增加而下降，如图4-11所示。下一页上一页第二节变压器四、变压器的损耗及效率变压器主要有两部分功率损耗，铁损耗和铜损耗。变压器铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗称为铁损耗。当外加电压一定时，工作磁通一定，铁损耗是不变的，也称为固定损耗。变压器绕组有电阻，电流通过绕组时功率损耗称为铜损耗。铜损耗的大小随通过绕组中的电流变化而变化，也称铜损耗为可变损耗。变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率。变压器的效率常用下式确定上一页返回第三节几种常用变压器一、自藕变压器在普通的变压器中，原、副绕组之间仅有磁藕合，而无直接的电联系。而自藕变压器原、副绕组共用一部分绕组，它们之间不仅有磁藕合，还有电的联系，其原理图如图4-12所示。

图4-13表示用自锅变压器给携带式行灯提供12V的工作电压的电路图。图(a)的接法是错误的。正确的接法见图(b)。自锅变压器也可以用于升压，接法如图4-14所示下一页第三节几种常用变压器一、自藕变压器自藕变压器还可以把抽头制成能够沿线圈自由滑动的触点，可平滑调节副绕组电压。其铁芯制成环形，靠手柄转动滑动触点来调压。图4-15为实验室常用的低压小容量的自藕变压器。自藕变压器可以制成三相结构，绕组作星形连接，用于改变三相交流电压。常用于三相异步中动机的降压启动。图4-16为三相自藕变压器的结构图下一页上一页第三节几种常用变压器二、电焊变压器电弧焊接是在焊条与焊件之间燃起电弧，用电弧的高温使金属熔化进行焊接。电焊变压器就是为满足电弧焊接的需要而设计制造的特殊的变压器。图4-17是其原理图。三、电力变压器电力系统一般均采用三相制，所以电力变压器均系三相变压器。三相变压器的工作原理与单相变压器相同。图4-18为三相变压器的结构图。下一页上一页第三节几种常用变压器四、互感器在电工测量中，被测量的电量经常是高电压或大电流。为了保证测量者的安全，必须将待测电压或电流按一定比例降低，以便于测量。用于测量的变压器称为仪用互感器。按用途可分为电压互感器和电流互感器。

图4-20是接有电压互感器和电流互感器测量电压和电流的电路图。1.电压互感器电压互感器的原绕组接待测高压，副绕组接电压表。其工作原理为下一页上一页第三节几种常用变压器四、互感器2.电流互感器电流互感器的原绕组串联在待测电路中，待测电路的电流I1,即为原绕组电流。副绕组接电流表，流过电流为I2，其工作原理为上一页返回图4-1磁路返回表4-1磁路与电路对照表返回图4-4磁滞回线返回表4-3硬、软磁材料比较表下一页表4-3硬、软磁材料比较表返回图4-5涡流返回图4-6交流铁芯线圈电路返回图4-7变压器的结构和图形符号返回图4-8变压器空载运行原理图返回图4-9变压器有载运行原理图返回图4-10负载阻抗的等效变换返回图4-11变压器外特性曲线返回图4-12自藕变压器工作原理返回图4-13自藕变压器的使用返回图4-14可用于升压的自藕变压器原理图返回图4-15实验室用自藕变压器返回图4-16三相自藕变压器返回图4-17电焊变压器原理图返回图4-18三相变压器结构返回图4-20仪用互感器返回第五章常用电动机第一节三相异步电动机的结构和工作原理第二节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性第三节三相异步电动机的启动、调速与制动二第四节三相异步电动机的铭牌和技术数据第五节其他用途电动机第一节三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的结构异步电动机主要由定子和转子两部分组成，这两部分由气隙隔开。根据转子结构的不同，分成笼型和绕线型两种。图5-1为三相笼型异步电动机的结构。1.定子定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成定子铁芯是电机磁路的一部分，它由厚0.5mm、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成，在其内圆冲有均匀分布的槽，如图5-2所示，槽内嵌放三相对称绕组。定子绕组是电机的电路部分，它用铜线缠绕而成，三相绕组根据需要可接成星形(Υ)和三角形(△)，由接线盒的端子板引出。机座是电动机的支架，一般用铸铁或铸钢制成。下一页第一节三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的结构2.转子转子由转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成。转子铁芯也是由厚0.5mm、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成，在其外圆冲有均匀分布的槽，如图5-3所示。转子铁芯各槽内都嵌有铸铝导条(个别电机有用铜导条的)，端部有短路环短接，形成一个短接回路。去掉铁芯，形如一笼子，如图5-4(a)所示。绕线型转子绕组结构与定子绕组相似，在槽内嵌放三相绕组，通常为Υ形连接，绕组的三个端线接到装在轴上一端的三个滑环上，再通过一套电刷引出，以便与外电路相连，如图5-5所示。转轴由中碳钢制成，其两端由轴承支撑着，它用来输出转矩。下一页上一页第一节三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理为便于分析，异步电动机的三相绕组用三个线圈U1-U2、V1-V2、W1-W2表示，它们在空间互差120°电角度，并接成Y形连接，如图5-6所示，图(a)为对称三相绕组，图(b)为Y形连接。把三相绕组接到三相交流电源上，三相绕组便有三相对称电流流过。假定电流的正方向由线圈的始端流向末端，流过三相线圈的电流分别为其波形如图5-7所示。下一页上一页第一节三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理由于电流随时间而变，所以电流流过线圈产生的磁场分布情况也随时间而改变，现研究几个瞬间，如图5-8所示。由此可见，三相绕组通入三相交流电流时，将产生旋转磁场。若满足两个对称(即绕组对称、电流对称)，则此旋转磁场的大小便恒定不变(称为圆形旋转磁场)，否则将产生椭圆形旋转磁场(磁场大小不恒定)。由图5-8可看出，旋转磁场的旋转方向与相序方向一致，如果改变相序，则旋转磁场旋转方向也就随之改变。三相异步电动机的反转正是利用这个原理。下一页上一页第一节三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理进一步分析还可得到其转速式中，f1为电网频率;p为磁极对数我国电网频率为50Hz，故n1与p的关系如表5-1所示下一页上一页第一节三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理2.三相异步电动机转动原理

图5-9是三相异步电动机的工作原理示意图

(1)电生磁:定子三相绕组U、V、W，通三相交流电流产生旋转磁场，其转向与相序一致，为顺时针方向，转速为假定该瞬间定子旋转磁场方向向下。

(2)(动)磁生电:定子旋转磁场旋转切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。

(3)电磁力(矩):这时转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，其方向由“左手螺旋定则”判断，如图5-9所示。下一页上一页第一节三相异步电动机的结构和工作原理二、三相异步电动机的工作原理2.三相异步电动机转动原理我们定义异步电动机的转速差(n1-n)的与旋转磁场转速n1的比率，称为转差率，用s表示上一页返回第二节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性一、三相异步电动机的电磁转矩由上节工作原理可知，异步电动机的电磁转矩是由与转子电动势同相的转子电流(即转子电流的有功分量)和定子旋转磁场相互作用产生的，可见电磁转矩与转子电流有功分量(I'2cosφ2)及定子旋转磁场的每极磁通(Φ0)成正比，即可以算出电磁转矩与电动机参数之间的关系:下一页第二节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性二、三相异步电动机的机械特性

对于某一台确定的电动机而言，当电压一定时，Tem=f(s)之间的关系曲线称为Tem-s曲线，如图5-10所示由n=(1-s)n1关系，可将Tem-s关系改为，n=f(Tem)关系，此即为异步电动机的机械特性，如图5-11所示。因n与Tem均属机械量，故称此特性为机械特性，它直接反映了当电动机转矩变化时，转速的变化情况下一页上一页第二节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性二、三相异步电动机的机械特性1.额定转矩TN它是电动机额定运行时的转矩，可由铭牌上的PN和nN

求取:2.最大转矩Tm可以得到改变电源电压U1和R2的机械特性，如图5-12所示下一页上一页第二节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性二、三相异步电动机的机械特性3.启动转矩Tst只有当启动转矩大于负载转矩时，电动机才能启动。启动转矩越大，启动就越迅速。由此引出电动机的另一个重要性能指标—启动转矩倍数Kst上一页返回第三节三相异步电动机的启动、调速与制动一、三相异步电动机的启动电动机接上电源，转速由零开始运转，直至稳定运转状态的过程，称为启动过程对电动机启动要求是:启动电流小，启动转矩大，启动时间短。1.直接启动把电动机三相定子绕组直接加上额定电压的启动方法叫直接启动，如图5-13所示。

条件：下一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动一、三相异步电动机的启动

2.降压启动降压启动的主要目的是限制启动电流，但问题是在限制启动电流的同时，启动转矩也受限制，因此它只适用于在轻载或空载情况下启动。最常用的启动方法有Y-△换接启动和自耦补偿器启动。Y-△换接启动只适用于定子绕组为△连接，且每相绕组都有两个引出端子的三相笼型异步电动机，原理接线如图5-14所示下一页上一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动一、三相异步电动机的启动

2.降压启动由三相交流电路知识可推得:Y连接启动时的启动电流为△连接直接启动时的1/3，其启动转矩也为后者的1/3，即对容量较大或正常运行时接成Y连接而不能采用△启动的笼型电动机常用自祸补偿器启动。其原理接线如图5-15所示。它是利用自祸变压器降压原理启动。下一页上一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动二、三相异步电动机的调速1.变频调速由于频率f1能连续调节，故可在较大范围内实现平滑调速，它属无级调速，其调速性能好，但它需有一套专用变频设备。2.变极调速当电源频率f1一定时，转速n近似与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，转速近似减小一半。通常用改变定子绕组的接法来改变极对数，笼型转子的极对数能自动地保持与定子极对数相等，所以这种方法只适用于笼型异步电动机。下一页上一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动二、三相异步电动机的调速3.变转差率调速在绕线型异步电动机转子回路里串可调电阻，由图5-12(b)可知，在恒转矩负载下，转子回路电阻增大，其转速n下降这种调速方法优点是有一定的调速范围，设备简单，但能耗较大，效率较低，广泛用于起重设备。下一页上一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动三、三相异步电动机的制动

1.反接制动异步电动机反接制动接线如图5-16(a)所示。制动时将电源开关Q由“运转”位置切换到“制动”位置，把它的任意两相电源接线对调。由于电压相序反了，所以定子旋转磁场方向反厂，而转子由于惯性仍继续按原方向旋转，这时转矩方向与电动机的旋转方向相反，如图5-16(b)所示，成为制动转矩。下一页上一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动三、三相异步电动机的制动2.回馈制动回馈制动发生在电动机转速n大于定子旋转磁场转速n1的时候，如当起重机下放重物时，重物拖动转子，使转速n>n1。这时转子绕组切割定子旋转磁场方向与原电动状态相反，则转子绕组感应电动势和电流方向也随之相反，电磁转矩方向也反厂，即转矩与电机旋转方向由同向变为反向，成为制动转矩(如图5-17所示)，使重物受到制动而匀速下降。实际上这台电动机已转人发电机运行状态，它将重物的势能转变为电能而回馈到电网，故称回馈制动。下一页上一页第三节三相异步电动机的启动、调速与制动三、三相异步电动机的制动3.能耗制动异步电动机能耗制动接线如图5-18(a)所示。制动方法是在切断电源开关Q1同时闭合开关Q2触点，在定子两相绕组间通入直流电流。于是定子绕组产生一个恒定磁场，转子因惯性而旋转切割该恒定磁场，在转子绕组产生感应电动势和电流。由图5-18(b)可判得，转子的载流导体与恒定磁场相互作用产生电磁转矩，其方向与转子转向相反，起制动作用，因此转速迅速下降，当转速下降至零时，转子感应电动势和电流也降至零，制动过程结束。制动期间，运转部分所储藏的动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上，故称能耗制动。上一页返回第四节三相异步电动机的铭牌和技术数据铭牌的作用是向使用者简要说明这台设备的一些额定数据和使用方法，因此看懂铭牌，按照铭牌的规定去使用设备，是正确使用这台设备的先决条件。如一台三相异步电动机铭牌数据如表5-2所示。1.型号为了便于各部门业务联系和简化技术文件对产品名称、规格、型式的叙述等而引用的一种代号，由汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字三部分组成。各类型电机的主要产品代号意义摘录于表5-3中。下一页第四节三相异步电动机的铭牌和技术数据2.额定功率PN指电动机在额定状况下运行时，转子轴上输出的机械功率，单位为kW3.额定电压UN指电动机在额定运行情况下，三相定子绕组应接的线电压值，单位为V4.额定电流IN指电动机在额定运行情况下，三相定子绕组的线电流值，单位为A三相异步电动机额定功率、电流、电压之间的关系为下一页上一页第四节三相异步电动机的铭牌和技术数据5.额定转速nN

指额定运行时电动机的转速，单位为r/min6.额定频率fN

我国电网频率为50Hz，故国内异步电动机频率均为50Hz7.接法电动机定子三相绕组有Y连接和△连接两种，如图5-19所示。Y系列电动机功率在4kW及以上均接成△连接。绕组的接线标志如表5-4所示。下一页上一页第四节三相异步电动机的铭牌和技术数据

8.温升及绝缘等级温升是指电机运行时绕组温度允许高出周围环境温度的数值。但允许高出数值的多少由该电机绕组所用绝缘材料的耐热程度决定，绝缘材料的耐热程度称为绝缘等级，不同绝缘材料，其最高允许温升是不同的，中小电动机常用的绝缘材料分五个等级，如表5-5，其中最高允许温升值是按环境温度40℃计算出来的。

9.工作方式为厂适应不同的负载需要，按负载持续时间的不同，国家标准把电动机分成了三种工作方式:连续工作制、短时工作制和断续周期工作制。除上述铭牌数据外，还可由产品目录或电工手册中查得其他一些技术数据，如一台Y160M-6电动机(表5-6)上一页返回第五节其他用途电动机一、步进电动机1.步进电动机的用途和基本要求步进电动机或称脉冲电动机，是一种将输人脉冲信号转换成输出轴的角位移(或直线位移)的执行元件。由于步进电动机的工作职能正好符合数字控制系统的要求，同时电子技术的发展也解决厂步进电动机的电源问题。因此，随着数字计算机的发展，步进电动机的应用也日益广泛。

图5-20就是数控机床控制系统的示意图下一页第五节其他用途电动机一、步进电动机1.步进电动机的用途和基本要求控制系统对步进电动机的基本要求是:

在一定的速度范围内步进电动机都能稳定运行，愉出轴转过的步数必须等于输入脉冲数，既不能多走一步，也不能少走一步，即不能出现所谓的“失步”现象

每输入一个脉冲信号，愉出轴所转过的角度称为步距角，该值要小而且精度要高，这样才能使工作台的位移量小而且准确均匀，从而可以提高加工精度

允许的工作频率高，这样才能动作迅速，减少辅助工时，提高生产率下一页上一页第五节其他用途电动机一、步进电动机2.步进电动机的作用原理和基本结构步距角θs与转子齿数z及拍数N之间存在如下关系:

转子每分钟转速为典型结构如图5-21所示，转子的齿数增加厂很多(图中为40个齿)，定子每个极上也相应地开了几个齿(图中为5个齿)。下一页上一页第五节其他用途电动机二、伺服电动机伺服电动机亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动;信号来到之后，转子立即转动;当信号消失，转子能即时自行停转。由于这种“伺服”的性能，因此而命名。1.直流伺服电动机

(1)基本结构直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，不过由于直流伺服电动机的功率不大，也可由永久磁铁制成，省去励磁绕组。其励磁方式儿乎只采取他励式(永磁式亦认为是他励式)。下一页上一页第五节其他用途电动机二、伺服电动机1.直流伺服电动机(2)工作原理直流伺服电动机的工作原理和普通直流电动机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生厂磁通，当电枢绕组中通过电流时，这个电枢电流与磁通相互作用而产生转矩使伺服电动机投入工作。(3)控制方式交流伺服电动机的励磁绕组与控制绕组均装在定子铁芯上，从理论上讲，这两种绕组的作用相互对换时，电动机的性能不会出现差异。下一页上一页第五节其他用途电动机二、伺服电动机2.交流伺服电动机(1)工作原理图5-22是交流伺服电动机的原理图，图中f和k表示装在定子上的两个绕组，它们在空间上相差90°电角度。绕组k是由定值交流电压励磁，称为励磁绕组;绕组k是由伺服放大器供电而进行控制的，故称为控制绕组。转子为笼型。交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到电源上，控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无启动转矩，转子不转。下一页上一页第五节其他用途电动机二、伺服电动机2.交流伺服电动机(2)控制方法伺服电动机不仅须具有启动和停止的伺服性，而且还须具有转速的大小和方向的可控性。交流伺服电动机的控制方法有以下三种:

幅值控制:即保持控制电压Uk的相位不变，仅仅改变其幅值来进行控制。

相位控制:即保持控制电压Uk的幅值不变，仅仅改变其相位来进行控制。

幅一相控制:即同时改变Uk的幅值和相位来进行控制。下一页上一页第五节其他用途电动机三、单相异步电动机在只有单相电源或所需较小功率时，可选用单相异步电动机。单相异步电动机结构(如图5-23所示)与三相笼型异步电动机相似，转子也为笼型，所不同的是单相异步电动机的定子绕组有两个，一个为工作绕组，它在全部运行中均接入电网，另一个为启动绕组，它仅在启动瞬间接入，当电动机转速升至70%~85%的同步转速时，由离心开关将它切除(电容或电阻分相电动机)。下一页上一页第五节其他用途电动机三、单相异步电动机正转旋转磁场(与转向相同)对转子的转差率s+，它产生正向电磁转矩Tem+，其机械特性为Tem+=f(s+)。反转旋转磁场(与转向相反)对转子的转差率为s-，它产生反向电磁转矩Tem-，其机械特性为Tem-=f(s-)。作用在电动机轴上的总转矩Tem=Tem++Tem-，其转矩特性Tem

=f(s)曲线如图5-24所示上一页返回图5-1三相笼型异步电动机的结构返回图5-2定子铁芯冲片返回图5-3转子铁芯冲片返回图5-4笼型转子返回图5-5线型异步电动机接线返回图5-6对称三相定子绕组返回图5-7三相定子电流波形返回图5-8三相两极旋转磁场返回表5-1转速n1与磁极对数p的关系返回图5-9异步电动机工作原理示竟图返回图5-10三相异步电动机的Tem-s曲线返回图5-11三相异步电动机的机械特性返回图5-12对应于不同U1和R2的机械特性曲线返回图5-13直接启动线路返回图5-14

Y-△换接启动接线图返回图5-15自耦补偿器启动返回图5-16三相异步电动机的反接制动返回图5-17三相异步电动机的回馈制动原理图返回图5-18三相异步电动机的能耗制动返回表5-2三相异步电动机铭牌数据返回表5-3异步电动机产品代号返回图5-19三相异步电动机的接线返回表5-4Y系列三相异步电动机接线端标志返回表5-5缘材料温升限值返回表5-6Y160M-6电动机技术数据返回图5-20数控机床控制系统示竟图返回图5-21步进电动机典型结构返回图5-23单相异步电动机结构返回图5-24单相异步电动机Tem=f(s)曲线返回第六章常用半导体元器件第一节半导体二极管第二节晶体管第三节场效应晶体管第一节半导体二极管一、二极管的结构和符号将PN结的两个区，即P区和N区分别加上相应的电极用引线引出，并用管壳将PN结封装起来就构成了半导体二极管，其结构与图形符号如图6-1所示，常见外形如图6-2所示。从P区引出的电极为阳极(或正极)，从N区引出的电极为阴极(或负极)，并分别用A、K表示下一页第一节半导体二极管二、二极管的主要参数(1)最大整流电流IFM

它是指二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流

(2)最高反向工作电压URM

它是指二极管工作时所允许加的最高反向电压，超过此值二极管就有被反向击穿的危险。

(3)反向电流IR

它是指二极管未被击穿时的反向电流值。(4)最高工作频率fM

主要由PN结的结电容大小决定下一页上一页第一节半导体二极管三、二极管的伏安特性二极管最主要的特性就是单向导电性，这可以用伏安特性曲线来说明。所谓二极管的伏安特性曲线就是指二极管两端的电压U与流过的电流I的关系曲线，如图6-3所示(以正极到负极为参考方向)。1.正向特性外加正向电压很小时，二极管呈现较大的电阻，几乎没有正向电流通过二极管的正向电压大于死区电压后，二极管呈现很小的电阻，有较大的正向电流流过，称为二极管导通下一页上一页第一节半导体二极管三、二极管的伏安特性2.反向特性当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非常小的反向电流(称为反向饱和电流或反向漏电流)

当反向电压增加到一定数值时(如曲线中的C点或C'点)，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电压，用UBR表示，曲线中CD段(或CD'段)称为反向击穿区。上一页返回第二节晶体管一、晶体管的结构和符号1.外形常见晶体管的外形结构如图6-7所示。2.结构和符号晶体管的结构示意图如图6-8(a)所示，它是由三层不同性质的半导体组合而成的。按半导体的组合方式不同，可将其分为NPN型管和PNP型管。晶体管的图形符号如图6-8(b)所示，符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。下一页第二节晶体管二、晶体管的主要参数1.电流放大倍数(1)共发射极直流电流放大倍数(2)共发射极交流电流放大倍数β(hfe)下一页上一页第二节晶体管二、晶体管的主要参数2.极间反向电流(1)集电极-基极反向饱和电流ICBOICBO是晶体管的发射极开路时，集电极和基极间的反向漏电流，在温度一定的情况下，ICBO接近于常数，所以又叫反向饱和电流ICBO的测量电路如图6-9(a)所示(2)穿透电流ICEO

ICEO为基极开路时，由集电区穿过基区流人发射区的电流ICEO的测量电路如图6-9(b)所示下一页上一页第二节晶体管二、晶体管的主要参数3.极限参数极限参数是指晶体管正常工作时所允许的电流、电压和功率等的极限值(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极-发射极反向击穿电压U(BE)CBO(3)集电极-基极反向击穿电压U(BR)CBO(4)集电极最大允许功耗PCM下一页上一页第二节晶体管三、晶体管中的电流分配和放大作用1.晶体管的工作电压晶体管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置

NPN型晶体管工作时电源接线如图6-11(a)所示，PNP型晶体管工作时电源接线如图6-11(b)所示2.晶体管各个电极的电流分配为了了解晶体管各个电极的电流分配及它们之间的关系，先看一个实验，实验电路如图6-12所示。由于这种电路发射极是公共端，因此这种接法称为晶体管的共发射极放大电路。下一页上一页第二节晶体管三、晶体管中的电流分配和放大作用2.晶体管各个电极的电流分配调节电位器RP，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化，电流方向如图6-12所示，测量结果见表6-1可以找出晶体管各极电流分配关系IE=IB+IC3.晶体管的电流放大作用从表6-1中的实验数据还可以看出:IC>>IB，而且当调节电位器RP使IB有一微小变化时，会引起IC较大的变化，这表明基极电流(小电流)控制着集电极电流(大电流)，所以晶体管是一个电流控制器件，这种现象称为晶体管的电流放大作用。下一页上一页第二节晶体管四、晶体管的特性曲线1.输出特性曲线输出特性曲线是在基极电流IB一定的情况下，晶体管输出回路中集射电压UCE与集电极电流IC之间的关系曲线，用函数式表示为

图6-13为某晶体管的输出特性曲线。下一页上一页第二节晶体管四、晶体管的特性曲线2.输入特性曲线输入特性曲线是指当集射电压UCE为某一常数时，输入回路中的基射电压UBE与基极电流IB之间的关系曲线，用函数式表示为

图6-14所示为某晶体管的输入特性曲线上一页返回第三节场效应晶体管一、绝缘栅场效应晶体管的结构及符号绝缘栅型场效应晶体管是由金属、氧化物和半导体组成的，因此又称为金属氧化物半导体场效应晶体管，简称MOS管。MOS管可分为增强型与耗尽型两种类型，每一种又分为N沟道和P沟道，即NMOS管和PMOS管。

图6-15(a)所示为N沟道增强型MOS管结构示意图

图6-15(b)是增强型N沟道绝缘栅场效应晶体管的图形符号，箭头向内表示N沟道。N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管的结构示意图和图形符号如图6-16所示。下一页第三节场效应晶体管二、场效应晶体管的主要参数开启电压IGS(th)或夹断电压IGS(off)零偏漏极电流IDSS漏-源击穿电压I(BR)DS栅-源击穿电压I(BR)GS直流输入电阻RGS漏极最大耗散功率PDM跨导gm下一页上一页第三节场效应晶体管三、绝缘栅场效应晶体管的特性1.N沟道增强型MOS管特性(1)转移特性某增强型NMOS管的转移特性曲线如图6-17(a)所示(2)输出特性增强型NMOS管的输出特性是指当UGS>UGS(th)并保持不变时，漏源电压UDS变化所引起漏极电流ID的变化的关系称为输出特性，图6-17(b)为某增强型NMOS管的输出特性曲线下一页上一页第三节场效应晶体管三、绝缘栅场效应晶体管的特性2.N沟道耗尽型MOS管特性与增强型相比，由于它的结构有所改变，因而使其控制特性有明显变化

图6-18(a)、(b)所示分别为N沟道耗尽型管的转移特性曲线和输出特性曲线下一页上一页第三节场效应晶体管四、使用MOS管的注意事项MOS管栅源之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄放，因极间电容很小，故会造成电压过高使绝缘栅击穿。焊接MOS管时，对工作台、操作人员应有防静电措施，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。有些MOS场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种管子漏极与源极可互接使用在使用场效应晶体管时，要注意漏一源电压、漏一源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。上一页返回图6-1二极管的结构与图形符号返回图6-2常见外形图返回图6-3二极管的伏安特性返回图6-7几种常见晶体管的外形结构返回图6-8晶体管的结构和图形符号返回图6-9极间反向电流的测量电路返回图6-11晶体管的工作电压返回图6-12晶体管电流的实验电路返回表6-1晶体管电流测量数据返回图6-13晶体管的输出特性曲线返回图6-14晶体管的输入特性曲线返回图6-15N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管返回图6-16N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管返回图6-17增强型NMOS管的特性曲线返回图6-18耗尽型NMOS管特性返回第七章基本放大电路第一节共射极放大电路第二节共集电极电路第三节多级放大电路第四节功率放大电路第五节差分放大电路第一节共射极放大电路一、什么是放大电路放大电路是模拟电路中一种最常用、最基本的典型电路。可以说，凡是需要将微弱的模拟信号进行放大的场合，都离不开放大电路对于放大电路的要求有两个方面;一方面放大倍数要大，因为在总的放大倍数一定的情况下，每一级的放大倍数越大，电子设备的级数就可以越少，设备可以做得体积小、质量轻、耗电量小;另一方面是失真要小，放大电路的首要任务是把信号放大，但在放大信号的同时，还必须尽可能地保持原来信号的波形不变，即输出波形和输入波形尽可能地保持一致下一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路1.电路组成

图7-1是一个共射级接法的交流放大器，它是最基本的交流放大电路2.工作原理在放大电路中，一般采用单电源供电，如图7-2所示的共发射极放大电路的实用电路只要适当调整RB的阻值，仍可保证发射结正向偏置，产生合适的基极偏置电流lB下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路

3.放大电路的直流量和交流量当放大电路没有输入电压信号时，即ui=0，电路中的电压、电流都是不变的直流量，称电路为静止状态，简称“静态”。用晶体管的lB

、lC

、UCE表示，叫做“静态工作点”值。以基极电流为例，在交流信号ui的作用下，可以得到图7-3所示的三极管基极电流波形，图7-3(a)、(b)、(c)分别表示三极管基极电流直流分量、交流分量、总变化量，符号分别为IB、ib、iB显然，放大电路中的电压、电流是其静态直流量与动态交流量叠加的结果。在具体分析问题时，常常把“静态”和“动态”分开来研究。“静态”提供了正常放大的必备条件。表7-1列出厂放大电路中常用的各种符号及其意义。下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路4.放大电路的动态分析动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况。图解法和微变等效电路法是动态分析的两种基本方法。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE电流iB和iC均包含两个分量。交流通路为ui单独作用下的电路，由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零(相当于短路)，直流电源UCC去掉(短接)，对应图7-2的交流通路。如图7-4所示。下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路4.放大电路的动态分析(1)图解法用图解法对放大电路进行动态分析，如图7-5(a)、(b)所示，其步骤为:根据静态分析方法，求出静态工作点Q。根据ui在输入特性上求uBE和iB作交流负载线。由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路

(2)微变等效电路法放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管线性化，使放大电路等效为一个线性电路。①三极管的微变等效电路对放大电路进行动态分析的关键是对三极管的处理。在图7-7(a)所示的低频小信号电路中，从输入端看，三极管就是一个普通的PN结，因此可用一个电阻rbe表示，常用下式计算:②放大电路的微变等效电路画出放大电路的交流通路，用三极管的微变等效电路代替其中的三极管，可得出放大电路的微变等效电路，如图7-8(a)、(b)所示基本放大电路的交流通路及微变等效电路。下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路③用微变等效电路求动态指标电压放大倍数Au输入电阻ri输出电阻ro下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路5.放大电路的静态分析(1)求解静态值实际上，静态分析的日的就是要求出晶体管的静态工作点(IBQ、ICQ、UCEQ)值，从而判断晶体管是否工作在放大区。常用的方法是直流通路法和图解法①图解法用图解法分析对放大电路进行静态分析分四个步骤，如图7-10所示用估算法求出基极电流IBQ根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线作直流负载线求静态工作点Q，并确定ICQ、UCEQ的值下一页上一页第一节共射极放大电路二、共射级放大电路②直流通路法在无输入信号时电路中只有直流量，而没有交流量，此时祸合电容C1、C2相当于开路，这样画出的电路，称为直流通路。共射极放大电路的直流通路如图7-11(b)所示。(2)静态工作点的稳定静态工作点的设置直接关系到放大电路能否正常工作(