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1、电 工 电 子 技 术,制作人：孙琳,第一章 直流电路,11 电路模型 111 电路 电路是为了实现和完成某种需要而将电气器件按一定方式连接起来的总体，它提供了电流通过的闭合路径。从日常生活中使用的用电设备到工、农业生产中用到的各种生产机械的电器控制部分及计算机、各种测试仪表等，从广义说，都是电路。最简单的电路如图1-1所示。,图1-1 实际电路图1-2 图1-1的电路模型 （如灯泡等用电器）；中间环节用来连接电源和负载，为电流提供通路，把电路主要由三部分组成，电源是电路中能量的提供装置（如电池、发电机等）；,负载是取用电能的装置，它把电能转换为其它形式的能量电源的能量供给负载，并根据负载需要

2、接通和断开电路（如各种铜、铝电缆线和开关等）。电路的功能和作用有两类：第一类功能是进行能量的转换、传输和分配，典型的电路是电力系统，如图1-3所示；第二类功能是进行信号的传递与处理。例如，扩音机的输入是由声音转换而来的电信号，通过晶体管组成的放大电路，输出的便是放大了的电信号，从而实现了放大功能，如图1-4所示；电视机可将接收到的信号，经过处理转换成图像和声音等。,112 电路模型 电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件（模型）来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予

3、考虑。理想元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件、电源元件等。表1-1给出了常用理想元件及符号。,由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，图1-2就是图1-1的电路模型。今后分析的都是电路模型，称电路。,表1-1常用理想元件及符号,12 电路的基本物理量121 电流,电流是由电荷的定向运动形成的。在导体中，带负电的自由电子在电场力的作用下，逆着电场方向作定向移动形成电流。其大小和方向均不随时间变化的电流叫恒定电流，简称直流。 图1-5 电流的方向 (a)参考方向与实际方向一致 (b)参考方向与实际方向相反,122 电压 电场力把单位正电荷从电场中A点移到B点所做的功称为A、B间的电压. 图

4、1-6 电压的方向 (a)参考方向与实际方向一致 (b)参考方向与实际方向相反,电流、电压的参考方向可以任意规定而不影响实际结果，当规定的参考方向相反时，计算出来的量值相差一个负号。参考方向一经规定，在整个电路的分析计算中就必须以此为准，不能变动。电压和电流的参考方向可以分别独立规定，但是，一般规定同一个元件的电压和电流的参考方向相同，即电流的参考方向为从电压的正 极性端流入该元件，而从它的负极性端流出。此时，该元件的电压、电流参考方向为关联参考方向；反之，则称为非关联方向。,123 电动势 为了维持电路中有持续不断的电流，必须有一种外力，把正电荷从低电位处（如负极）移到高电位处（如正极）。在

5、电源内部就存在着这种外力。如图1-8所示，外力克服电场力把单位正电荷由低电位端移到高电位端，所做的功称为电动势，用E表示。电动势的单位也是V。如果外力把1C的电量从点移到点，所做的功是1J，则电动势就等于1V。,124 电功率 在直流电路中，根据电压的定义，电场力所做的功是W= QU。把单位时间内电场力所做的功称为电功率（简称功率）。功率的单位是W(瓦特)。对于大功率，采用kW（千瓦）或MW（兆瓦）作单位，对于小功率则用mW（毫瓦）或W（微瓦）作单位。,一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量，即电路中存在发出功率的器件（供能元件）和吸收功率

6、的器件（耗能元件）。习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件（如理想电容、电感元件）既不吸收功率也不发出功率，即其功率。通常所说的功率P又叫做有功功率或平均功率。,在分析计算时，无论用的是哪个公式，只要P0，则表明该元件吸收功率或消耗功率，为负载；P0，则表明该元件为发出功率或产生功率，为电源。,13 电阻元件131 欧姆定律 电阻元件是一种反应实际电路中的耗能元件，如电炉、电灯等。欧姆定律指出：导体中的电流与加在导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。 当电阻两端的电压与流过电阻的电流是关联方向（和图中所示方向相同），则欧姆定律可表示为：,当电阻两

7、端的电压与流过电阻的电流是非关联方向，则欧姆定律表示为：,133 电阻元件的连接1串联电路,把电阻一个接一个地首尾依次连接起来，就组成串联电路，如图所示。串联电路的基本特点是： 设总电压为U、电流为I、总功率为P，则 （1）电流强度处处相等 （2）等效电阻 （3）总电压 （4）总功率 （5）分压关系 （6）功率分配,特例：两只电阻、串联时，等效电阻，则有分压公式：,2并联电路 将几个电阻元件都接在两个共同端点之间的连接方式称为并联，如图所示。并联电路的基本特点是：,（1）总电流（2）等效电导 即（3）并联电阻承受同一电压（4）总功率（5）分流关系 （6）功率分配,14 基尔霍夫定律 支路：由一

8、个或几个元件首尾相接的无分支电路。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。如图所示电路中有三条支路，分别是BAF、BCD和BE。 节点：三条或三条以上连接有电器元件的导线的交点。图中共有两个节点，分别是节点B和节点E。 回路：电路中任一沿支路闭合路径。图1-18中共有三条回路，分别是ABEFA、BCDEB和ABCDEFA。 网孔：中间无分支穿过的回路。图中共有两个网孔，分别是ABEFA和BCDEB。,141 基尔霍夫电流定律（KCL) 基尔霍夫电流定律又称节点电流定律，它描述了连接在同一节点上，各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，可缩写为KCL。即在任一瞬间，流入某一节点的电流之和等于

9、流出该节点的电流之和。,节点a： 节点b： 节点c： 上例三式相加，得,图1-19 KCL的推广应用,142 基尔霍夫电压定律（KVL) 基尔霍夫电压定律又称回路电压定律，它是用来确定一个回路内各部分电压之间关系的定律。可叙述为：在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各支路（或各元件）电压的代数和等于零。,在图1-18中，对于回路ABEFA，按顺时针循环一周，根据电压和电流的参考方向可列出：,图1-20 KVL定律的推广应用 图1-21 KVL定律的推广应用,143 基尔霍夫定律的应用支路电流法,支路电流法是以支路电流为未知量，直接应用KCL和KVL，分别对节点和回路列出所需的方程式，然后

10、联立求解出各未知电流。应用支路电流法解题的方法步骤（假定某电路有m条支路，n个节点）： （1）首先标定各待求支路的电流参考方向及回路绕行方向； （2）应用基尔霍夫电流定律列出（ ）个节点方程； （3）应用基尔霍夫电压定律列出 个独立的回路电压方程式； （4）由联立方程组求解各支路电流。,15 节点电压法 有些电路看似复杂，但是它们都有一个特点，就是电路中只有两个节点，对于这样的电路，可用弥尔曼公式直接求出两节点间的电压。 图1-34 具有两个节点的复杂电路,如图1-34电路，设两节点间电压为U，则有：,求出U后，可用欧姆定律求各支路电流：,第二章 正弦交流电路,21 正弦量与正弦电路 211

11、正弦量的基本概念 直流电路中的电动势、电压和电流是不随时间改变的；正弦交流电的电动势、电压、电流是随时间按正弦规律变化的。 1交流电的产生 获得交流电的方法有多种，但大多数交流电是由交流发电机产生的。,图2-1 交流发电机(a)最简单的交流发电机 (b)感应强度分布图,2正弦交流电的三要素正弦量的瞬时值表达式一般为：,（1）幅值 瞬时值：用来描述交流电在变化过程中任一时刻的值。 幅值：瞬时值中的最大值。幅值规定用大写字母加脚标m表示，例如Im，Em，Um等。 有效值：交变电流的有效值是根据热效应确定的。即在相同的电阻R中，分别通入直流电和交流电，在经过一个交流周期的时间内，如果它们在电阻上产生

12、的热量相等，则用此直流电的数值表示交流电的有效值。常用有效值来衡量交流电的大小。有效值规定用大写字母表示，如E、I、U。,（2）频率 角频率：单位时间内交流电变化的角度称为正弦量的角频率。 周期：正弦交流电变化一周所需的时间称为周期 。 频率：每秒钟内交流电变化的次数，称为交流电的频率。 中国和大多数国家都采用50HZ作为电力工业的标准频率，称为工频。,（3）初相位 相位：正弦交流电随时间变化，电角度 叫做正弦交流电的相位角，简称相位。 初相：时的相位角叫做初相角或初相位，简称初相。,3相位差 两个同频率的正弦交流电的相位之差叫相位差。相位差表示两正弦量到达最大值的先后差距。例如： 已知，则u

13、和 i的相位差为： 这表明两个同频率的正弦交流电的相位差等于初相之差。,212 正弦量的相量表示法 1复数及其运算,（2）复数的四则运算设两复数为： 1）加减运算：可利用代数式将复数的实部和虚部分别相加减。,2）乘除运算：利用极坐标式将模相乘、除，而幅角相加、减。,22 正弦交流电路的分析221 单一参数的正弦交流电路1电阻元件的正弦交流电路 日常生活中的电烙铁、电炉、白炽灯等都可以认为是纯电阻性负载。（1）电压与电流的关系,图2-7 电阻元件的波形图、相量图 (a)电阻元件 (b)波形图 (c)相量图,（2）电阻电路的功率1）瞬时功率：任一瞬间，电阻上的电压和电流的瞬时值的乘积，称为瞬时功率

14、 2）平均功率（有功功率）：由于瞬时功率是随时间变化的，为便于计算，常用平均功率来计算交流电路中的功率。,这表明，平均功率等于电压、电流有效值的乘积。,2电感元件的正弦交流电路 一个线圈，当它的电阻小到可以忽略不计时，就可以看成是一个纯电感。纯电感电路如图所示，L为线圈的电感。,图2-8 电感元件的波形图、相量图 (a)电感元件相量模型 (b)波形图 (c)相量图,（1）电压与电流的关系1）数值上，电压和电流的幅值关系为,2）相位上，电压、电流的相位间关系为 3）相量形式,（3）电感电路的功率1）纯电感电路的瞬时功率,2）平均功率（有功功率） 瞬时功率表明，在电流的一个周期内，电感与电源进行两

15、次能量交换，交换功率的平均值为零，即纯电感电路的平均功率为零。 P=,3）无功功率 纯电感线圈和电源之间进行能量交换的最大速率，称为纯电感电路的无功功率。用Q表示，无功功率的单位是乏耳(var)。,3纯电容电路 由于电压的大小和方向随时间变化，使电容器极板上的电荷量也随之变化，电容器的充、放电过程也不断进行，形成了纯电容电路中的电流。,（1）电压与电流的关系 1）数值上，电压和电流的关系为,2）相位上，电压、电流的相位间关系为,（3）电感电路的功率 1）瞬时功率,2）平均功率 电容元件的平均功率为零，说明电容元件是储能元件，不消耗电能，仅与电源进行能量交换。,3）无功功率 电容元件瞬时功率的最

16、大值称为无功功率，它表示电源能量与电场能量交换的最大速率，用Q表示。,222 正弦交流电路的分析与计算1R、L、C串联电路及复阻抗（1）电压与电流的关系,图2-10 R、L、C 串联电路 (a)电路图 (b)相量图,（2）复阻抗Z称为电路的复阻抗，其中 ，称为电路的电抗。,Z和分别是复阻抗的模和幅角。电路的 、R、X可以组成一个三角形，称为阻抗三角形。,当XLXC时，0，总电压超前于电流，电路呈感性；当XLXC时，0，总电压滞后于电流，电路呈容性；当XL=XC时，=0，总电压与电流同相，电路呈阻性，此时电路的状态称为串联谐振。 复阻抗的模是它的端电压与电流有效值之比，称为电路的阻抗。复阻抗的幅

17、角是电压与电流的相位角，称为电路的阻抗角。,（3）RLC串联电路的功率 1）有功功率 2）无功功率,3）视在功率 变压器、电动机及一些电气设备的容量是由它们的额度电压和额度电流来决定的，因此，电路端电压的有效值与电流有效值的乘积称为电路的视在功率。,4）功率三角形,23 谐振231串联谐振RLC串联电路发生的谐振现象称为串联谐振。1串联谐振的条件和谐振频率,显然，欲使电路的端口电压与端口电流同相，即电路达到谐振时，必须满足,因此电路发生谐振时有 或,（1）当L、C固定时，可以改变电源频率达到谐振。 （2）当电源频率一定时，通过改变元件参数使电路谐振的过程称为调谐。由谐振条件可知，调节L和C使电

18、路谐振时，电感与电容分别为,2串联谐振的特征（1）谐振时的复阻抗和电流串联谐振时电路的电抗X=0，此时电路的复阻抗为,（2）特性阻抗和品质因数 电路谐振时的感抗和容抗在数值上相等，用表示则有 可见，只取决于电路的元件参数，称为特性阻抗，单位是（欧姆）。在电子技术中，通常用谐振电路的特性阻抗与电路电阻的比值来表征谐振电路的性能，此值用字母Q表示，称为谐振电路的品质因数。,电感、电容元件上的电压有效值为电源电压有效值的Q倍。由于Q值一般在几十到几百之间，所以串联谐振时，电感和电容元件的端电压往往高出电源电压许多倍，因此，串联谐振又称为电压谐振，常用于接收机的输入电路中。但在电力系统中，应尽量避免谐

19、振，因为当电压过高时，将有可能击穿线圈和电容，发生事故。,串联谐振在无线电工程中，通常用来选择频率。频率选择性的好坏用品质因数来衡量。当品质因数Q值越大时，频率选择性能越好。,24 三相正弦交流电路 目前，电能的产生、输送和分配，基本都采用三相交流电路。三相交流电路就是由三个频率相同，最大值相等，相位上互差120的正弦电动势组成的电路。这样的三个电动势称为三相对称电动势。,241 三相电源及连接 1三相电源的产生,当转子磁场在空间按正弦规律分布、逆时针方向匀速旋转时，三相绕组中将感应出三相正弦电动势eA、eB、eC，分别称作A相电动势、B相电动势和C相电动势。它们的频率相同，振幅相等，相位上互

20、差120。规定三相电动势的正方问是从绕组的末端指向首端。三相电动势的瞬时值解析式为：,图2-21 三相对称电动势的波形图、矢最图 2三相电源的连接 三相发电机的三个绕组连接方式有两种，一种叫星形（Y）接法，另一种叫三角形（）接法。,（1）星形（Y）接法,图2-23 三相电源星形接法的电压相量图,从图可以看出，三个相电压是对称的，三个线电压也是对称的。线电压在相位上超前对应的相电压30，线电压的大小为相电压的 倍，即 星形连接的三相电源，有时只引出三根端线，不引出中线。这种供电方式称作三相三线制。它只提供线电压，主要在高压输电时采用。,2三相电源的三角形连接 除了星形连接以外，电源的三个绕组还可

21、以连接成三角形。即把三个绕组的首、末端依次连接，构成一个闭合的三角形，再从三个联接点处分别引出三根端线。,图2-24 三相电源的三角形连接 (a)三角形接法 (b)相量图,242 三相负载的连接1单相负载和三相负载用电器按其对供电电源的要求，可分为单相负载和三相负载。工作时只需单相电源供电的用电器称为单相负载，例如照明灯、电视机、电冰箱等。需要三相电源供电才能正常工作的电器称为三相负载，例如三相异步电动机等。若每相负载的电阻相等，电抗相等而且性质相同的负载称为三相对称负载，即：ZA = ZB = ZC，RA = RB = RC，XA = XB = XC。否则称为三相不对称负载。三相负载的连接方

22、式也有两种，即星形连接和三角形连接。,2三相负载的星形连接 三相负载做星形连接时，如果负载不对称，一定要接成三相四线制；如果负载对称，可接成三相三线制。,图2-25 三相四线制的星形连接电路,3.三相三线制连接 图2-26 三相三线制的星形连接电路 对称三相电路做星形连接时，三相电流的瞬时和为零，因此可采用三相三线制，不对称三相电路做星形连接时，必须采用三相四线制，即必须有中线。 中线有两个作用：第一是为不对称的三相电流提供一个通路，因此不对称的三相电流的瞬时和不为零；第二是保证各相负载电压恒定，使各负载能正常工作。,4三相负载的三角形连接,图2-27 三相对称负载的三角形连接及相量图,5.对

23、称三相电路分析 三相电路实际上是正弦交流电路的一种特殊类型，因此前面对在正弦交流电路的分析方法对三相电路完全适用。在三相电路中，三相电源一般都是对称的，若三相负载对称、三根输电线也对称（即三根输电线的复阻抗相等）就构成了三相对称电路。根据对称三相电路的一些特点，可以简化对称三相电路分析计算。,2）Y-起动这种方法只适用于正常运转时定子绕组作三角形连接的电动机。起动时，先将定子绕组改接成星形，使加在每相绕组上的电压降低到额定电压的1/3，从而降低了起动电流；待电动机转速升高后，再将绕组接成三角形，使其在额定电压下运行。,图4-22 Y-起动线路图,3）自耦变压器起动,对容量较大或正常运行时星形连

24、接的电动机，可应用自耦变压器降压起动。自耦变压器上备有抽头，以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压。如QJ3型的抽头比（U2/U1）为40%、60%、80%。同样可以证明，自耦变压器降压起动电流为直接起动电流的1/k2；其起动转矩也为后者的1/k2。这里，k为变压器的变压比（k=U1/U2）。 自耦变压器降压起动的优点是不受电动机绕组接线方法的限制，可按照允许的起动电流和所需的起动转矩选择不同的抽头，常用于起动容量较大的电动机。其缺点是设备费用高，不宜频繁起动。 ,2绕线式电动机的起动,绕线式电动机是在转子电路中接入电阻来起动的，如图4-23所示。起动时，先将起动变阻器调到最大值，使转子电路

25、电阻最大，从而降低起动电流和提高起动转矩。随着转子转速的升高，逐步减小变阻器电阻。起动完毕时，切除起动电阻。 绕线式电动机常用于要求起动转矩较大的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机及转炉等。 绕线式电动机还有另一种起动方法，是在转子回路中串联一个频敏变阻器，具体电路原理可参阅有关资料。,图4-23 绕线式电动机的起动线路,442 三相异步电动机的调速,1变频调速 近年来，交流变频调速在国内外发展非常迅速。由于晶闸管变流技术的日趋成熟和可靠，变频调速在生产实际中应用非常普遍，它打破了直流拖动在调速领域中的统治地位。 交流变频调速需要有一套专门的变频设备，所以价格较高。但由于其调速范围大，平滑性

26、好，适应面广，能做到无级调速，因此它的应用将日益广泛。 2变极调速 改变磁极对数，可有级地改变电动机的转速。增加磁极对数，可以降低电动机的转速，但磁极对数只能成整数倍地变化，因此，该调速方法无法做到平滑调速。 因为变极调速经济、简便，因而在金属切削机床中经常应用。,3变转差率调速 在绕线式电动机的转子电路中，接入调速变阻器，改变转子回路电阻，即可实现调速。这种调速方法也能平滑地调节电动机的转速，但能耗较大，效率低，目前，主要应用在起重设备中。 443 三相异步电动机的制动 由于电动机转动部分有惯性，所以电动机脱离电源后，还会继续转动一段时间才能停止。为了提高生产率，保障安全，某些生产机械要求电

27、动机能迅速停转，这就需要对电动机进行制动。制动的方法较多，如机械制动、电气制动等。以下仅对常见的电气制动作一简要的介绍。,1能耗制动这种制动方法是在电动机脱离三相电源的同时，将定子绕组接入直流电源，从而在电动机中产生一个不旋转的直流磁场。,图4-24 能耗制动,图4-25 反接制动,此时，由于惯性转子继续旋转，根据右手定则和左手定则不难确定，转子感应电流和直流磁场相互作用所产生的电磁转矩与转子转动方向相反，称为制动转矩，电动机在制动转矩的作用下就很快停止。由于该制动方法是把电动机的旋转动能转变为电能消耗在转子电阻上，故称能耗制动。能耗制动能量消耗小，制动平稳，无冲击，但需要直流电源，主要应用于

28、要求平稳准确停车的场合。,2反接制动,在电动机停车时，可将三相电源中的任意两相电源接线对调，此时旋转磁场便反向旋转，转子绕组中的感应电流及电磁转矩方向改变，与转子转动方向相反，因而成为制动转矩。在制动转矩的作用下，电动机的转速很快下降到零。应当注意，当电动机的转速接近于零时，应及时切断电源，以防电动机反转。 反接制动线路简单，制动力大，制动效果好，但由于制动过程中冲击大，制动电流大，不宜在频繁制动的场合下使用。,第三章变压器,31 变压器 变压器是一种常见的电气设备，具有变换电压、电流和阻抗的功能，它在电力系统和电子电路中得到广泛的应用。,311 单相变压器1变压器的基本结构 变压器由套在一个

29、闭合铁心上的两个或多个线圈（绕组）构成，如图所示。铁心和线圈是变压器的基本组成部分。 铁心是变压器的主磁路，又作为线圈的支撑骨架。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁心要用厚度为0.350.5mm的硅钢片叠成，片间用绝缘漆隔开。 线圈是变压器的电路部分，一般用高强度漆包线（也可用铝结）绕制而成。变压器和电源相连的线圈称为原绕组（或原边，或初级绕组），和负载相连的线圈称为副绕组（或副边，或次级绕组）。绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。,变压器的工作原理图,2变压器的使用 （1）变压器的额定值 额定值是指变压器制造厂家根据国家技术标准，对变压器正常可靠工作所作的使用规定，由于额定值标注

30、在铭牌上，故又称铭牌值。,3.1.2 三相变压器1三相变压器的结构,图3-20 三相变压器,2.三相变压器的联结方式,根据电力网电压和变压器各个原绕组额定电压的大小，可把三个原绕组接成Y联结和联结，又根据负载额定电压，来确定三个副绕组是接成Y联结和联结。在电力系统中，常用的接线方式有两种方式：Y，yn和Y，d联结，逗号前表示高压线圈联结，逗号后表示低压线圈联结。,第四章异步电动机,41 三相异步电动机的使用 一般对异步电动机的工作特性有很多要求，如要求起动转矩足够大，起动电流不能太大，同时要有一定的调速范围等。 411 三相异步电动机的起动 1鼠笼式电动机的起动 （1）直接起动 （2）降压起动

31、,1）定子电路中串电抗器起动 图4-20直接起动线路 图4-21串电抗器起动,第五章 工业企业配电与安全用电,51 工业企业供配电系统概述 1工业企业供配电的意义和要求 工业企业是电力用户，它接受从电力系统送来的电能。工业企业供配电就是指工业企业把接受的电能进行降压，然后再进行供应和分配。工业企业供电是企业内部的供电系统。 工业企业供电工作要很好地为工业企业生产服务，切实保证工业企业生产和生活用电的需要，并做好节能工作，这就需要有合理的工业企业供电系统。合理的供电系统需达到以下基本要求： （1）安全：在电能的供应分配和使用中，不应发生人身和设备事故； （2）可靠：应满足电能用户对供电的可靠性要

32、求； （3）优质：应满足电能用户对电压和频率的质量要求；,（4）经济：供电系统投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和材料。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全部、当前和长远的关系，既要照顾局部和当前利益，又要顾全大局，以适应发展要求。 2工业企业供电系统组成 工业企业供电系统由高压及低压两种配电线路、变电所（包括配电所）和用电设备组成。一般大、中型工业企业均设有总降压变电所，把35110kV电压降为610kV电压，向车间变电所或高压电动机和其他高压用电设备供电，总降压变电所通常设有一两台降压变压器,52 安全用电技术1安全用电的意义,在使用电能的过程中，如果不注意用电安全，可能造成

33、人身触电伤亡事故或电气设备的损坏，甚至影响到电力系统的安全运行，造成大面积的停电事故，使国家财产遭受损失，给生产和生活造成很大的影响。因此，我们在使用电能时，必须注意安全用电，以保证人身、设备、电力系统三方面的安全，防止发生事故。 2安全用电措施 安全用电是指在保证人身及设备安全的条件下，应采取的科学措施和手段。通常从以下两方面着手。 （1）建立健全各种操作规程和安全管理制度, 安全用电，节约用电，自觉遵守供电部门制定的有关安全用电规定，做到安全、经济、不出事故。 禁止私拉电网，禁用“一线一地”接照明灯。 屋内配线，禁止使用裸导线或绝缘破损、老化的导线，对绝缘破损部分，要及时用绝缘胶皮缠好。发

34、生电气故障和漏电起火事故时，要立即拉断电源开关。在未切断电源以前，不要用水或酸、碱泡沫灭火器灭火。 电线断线落地时，不要靠近，对于610KV的高压线路，应离开落地点10m远。更不能用手去捡电线，应派人看守，并赶快找电工停电修理。 电气设备的金属外壳要接地；在未判明电气设备是否有电之前，应视为有电；移动和抢修电气设备时，均应停电进行；灯头、插座或其他家用电器破损后，应及时找电工更换，不能“带病”运行。 用电要申请，安装、修理找电工。停电要有可靠联系方法和警告标志。,（2）技术防护措施 为了防止人身触电事故，通常采用的技术防护措施有电气设备的接地和接零、安装低压触电保护器两种方式。,3保护接地和保

35、护接零 电气设备在使用中，若设备绝缘损坏或击穿而造成外壳带电，人体触及外壳时有触电的可能。为此，电气设备必须与大地进行可靠的电气连接，即接地保护，使人体免受触电的危害。 （1）保护接地的概念及原理 1）保护接地的概念 2）保护接地的原理 ,图5-3 保护接地原理图 (a)无接地 (b)有接地,（2）保护接零的概念及原理 1）保护接零的概念 保护接零是指在电源中性点接地的系统中，将设备需要接地的外露部分与电源中性线直接连接，相当于设备外露部分与大地进行了电气连接。 2）保护接零的工作原理 当设备正常工作时，外露部分不带电，人体触及外壳相当于触及零线，无危险，如图5-4所示。采用保护接零时，应注意

36、不宜将保护接地和保护接零混用，而且中性点工作接地必须可靠。,图5-4 保护接零原理图,3）重复接地 在电源中性线做了工作接地的系统中，为确保保护接零的可靠，还需相隔一定距离将中性线或接地线重新接地，称为重复接地。从图5-5（a）可以看出，一旦中性线断线，设备外露部分带电，人体触及同样会有触电的可能。而在重复接地的系统中，如图5-5（b）所示，即使出现中性线断线，但外露部分因重复接地而使其对地电压大大下降，对人体的危害也大大下降。不过应尽量避免中性线或接地线出现断线的现象。,图5-5 重复接地作用 (a)无重复接地 (b)有重复接地,3漏电保护 漏电保护为近年来推广采用的一种新的防止触电的保护装

37、置。在电气设备中发生漏电或接地故障而人体尚末触及时，漏电保护装置已切断电源；或者在人体已触及带电体时，漏电保护器能在非常短的时间内切断电源，减轻对人体的危害漏电保护器的种类很多，这里介绍目前应用较多的晶体管放大式漏电保护器。 晶体管漏电保护器的组成及工作原理如图5-6所示，由零序电流互感器、输入电路、放大电路、执行电路、整流电源等构成。当人体触电或线路漏电时，零序电流互感器原边中有零序电流流过，在其副边产生感应电动势，加在输入电路上，放大管V1得到输入电压后，进入动态放大工作区，V1管的集电极电流在R6上产压降，使执行管V2的基极电流下降，V2管输入端正偏，V2管导通，继电器KA流过电流启动，

38、其常闭触头断开，接触器KM线圈失电，切断电源。,图5-6晶体管放大式漏电保护器原理图,53 电气火灾,电气火灾和爆炸事故在火灾和爆炸事故中占有很大的比例。如电气火灾在火灾中占第二位，仅次于明火引起的火灾。 电气火灾和爆炸可能造成大规模、长时间的停电，给人民生命和国家财产造成重大损失。 研究造成电气火灾和爆炸事故的原因，制定防火防爆措施和灭火措施，首先了解燃烧及燃烧具备的三个条件是必不可少的。 凡具备放热和发光的化学反应，都叫做燃烧。燃烧应具备以下三个条件： 有固体、液体或气体可燃物存在。例如木材、汽油、氢气等。 有助燃物质存在。例如氧、氯酸钾等。 有导致着火的火源存在。例如明火、电火花、高温物

39、体等。,1发生电气火灾和爆炸的原因,可燃物质几乎是无处不在，助燃物质更是弥漫在每一个角落，尤其是在一些易燃易爆的危险场所，引起电气火灾和爆炸的直接原因正是导致着火的火源。导致着火的火源主要有危险温度和电火花等。 （1）危险温度 电气设备不正常运行大致包括以下几种情况： 1）短路 2）过载 3）接触不良 4）铁心过热 5）散热不良,（2）电火花和电弧 电火花的温度很高，尤其是大量电火花汇集成的电弧，温度可高达6000。因此，电火花和电弧不仅能直接导致电气火灾和爆炸，还可能使金属熔化、飞溅,构成危险的火源。 电火花包括工作火花和事故火花。 1）工作火花 2）事故火花 2防火防爆措施 为了防火防爆，

40、必须采取严密的综合措施，主要包括组织措施和技术措施，技术措施的思路主要有三个方面：,1）尽量使场所的危险程度减小，如：减少或消除场所的易燃易爆等危险物品，降低爆炸性混合物的浓度等。 2）最大程度地减小或消除引起火灾的火源。 3）合理选择电力网和电气设备的安装位置，保持安装位置与易燃易爆等危险物品的安全间距。 具体措施如下述: （1）采用耐火设施 1）室内变、配电室以及室外变、配电装置的临近建筑物，酸性蓄电池室以及电力电容器室均应采用耐火建筑。 2）穿人穿出建筑物的输油沟道和孔洞，室内外贮油量较大的变压器或其他电气设备，均应有用耐火材料建成的挡油设施和贮油设施，以防泄漏。 3）大容量的电热器具和

41、木质开关箱等，都应有耐火和隔热的垫座等。 （2）通风 在易燃易爆危险场所，采用良好的通风装置，可降低爆炸混合物的浓度，也利于电气设备的散热，使场所的危险程度降低。,通风的进气不应含有爆炸性混合物，排出的废气也不应进人易燃易爆危险场所。 （3）正确选用电气设备 1）根据场所的特点，正确选用适当型式的电气设备至关重要。如防爆型、防潮型等。选用时应根据实际情况，综合考虑安全可靠和经济实用等因素。 2）选用包括电气线路的选用。在火灾或爆炸危险场所，所用绝缘导线或电缆的额定电压不得低于电网的额定电压，且不得低于500V。 （4）保障电气设备正常运行 正确地设计，严格地安装、调试是保障电气设备正常运行的先

42、决条件。 1）保持温度不超过允许值。就是要保持电压、电流不超过额定值，应随时监视电源和负载的变化，防止超负荷长时间运行，例如，在粉尘和纤维爆炸性混合物场所，电气设备外壳的温度一般不应超过125。,2）保持电气设备绝缘良好。应经常对电气设备绝缘进行监测和检查。 3）保持各导电部分连接可靠、接触良好。 4）保持设备清洁，防止设备脏污或灰尘堆积而降低设备绝缘或引起火灾。 （5）合理应用保护装置和火灾自动报警系统 在不影响电气设备正常工作的前提下，短路、过载等过流保护装置的动作电流应尽量整定得小一些。可装设火灾报警系统，监测场所内爆炸性混合物浓度，以及火灾初期阶段产生的烟雾、温度和火花等现象，以便提前

43、发出信号报警。 （6）接地 1）除生产上有特殊要求外,在一般场所可不接地（或可不接零）的部分仍应接地（或接零）。 2）将场所内所有设备不带电的金属部分（包括建筑物的金属构件等）全部连接成整体予以接地（或接零）。,3）单相设备的工作零线应与保护零线分开，且在工作零线上装设短路保护装置。 （7）保持防火安全间距 1）开关、熔断器、电热器具、电焊设备、电动机等的安装位置，尽可能远离易燃易爆等危险物品。 2）变、配电所不宜设在火灾和爆炸危险场所的正上方或正下方。变、配电所的门窗向外开启，通向无火灾和元爆炸危险的场所。 3）室外变、配电所与易燃易爆危险场所的建筑物或贮油、贮气罐等之间应保持必要的防火间距

44、。 除此之外，严格遵守各种安全操作规程，定期对电气设备进行防火防爆的检查和各种维修，也是必不可少的防火防爆措施。,第六章 常用半导体器件,61 二极管及其应用 611 半导体的基本知识 多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的。 1半导体材料 自然界的物质按照导电能力的不同，分为导体、绝缘体、和半导体。顾名思义，半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。 2本征半导体及本征激发 3杂质半导体 掺入微量杂质元素的半导体称为杂质半导体。因掺入杂质不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。,（1）P型半导体 在本征半导体中掺入少量的三价元素（如硼）杂质就形成P型半导体。

45、（2）N型半导体 在本征半导体中掺入少量的五价元素（如磷）杂质就形成N型半导体。 4PN结的形成与特性 （1）PN结的形成 采用掺入杂质的方法，使一块本征半导体的一侧成为P型半导体，另一侧成为N型半导体，在这两种杂质半导体的交界面处就形成了PN结。 （2）PN结的单向导电性 PN结在没有外加电场时，通过PN结的总电流为零，PN结处于一种稳定、平衡状态。当PN结在外加不同极性电压时，动态平衡将被打破，并显示出其单向导电的特性。,612 二极管的结构和类型,图6-4 二极管结构及符号 (a)结构 (b)符号,二极管有许多类型。按用途分，有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、光电二极管和开关二极管等

46、；从所使用的材料分，主要有硅二极管和锗二极管；从工艺上分，有点接触型和面接触型，其结构如图6-5所示。点接触型二极管PN结面积小，因而结电容小，适用于高频（几百兆赫）电路，但它不能通过很大的电流，也不能承受高的反向电压，主要用于小电流整流和高频检波，也适用于开关电路。面接触型二极管PN结面积大，能通过较大的电流，结电容也大，适用于整流电路，但工作频率较低。 图6-5 二极管结构 (a)点接触型 (b)面接触型,在使用二极管时，必须注意外加电压的极性，不能接错。否则非但不能正常工作，还可能损坏二极管及其它电路元件。为此，一般在二极管的外壳上标有图形符号或色点、色带，以便于区分二极管的阳极和阴极。

47、 根据我国的国家标准，二极管型号命名主要由4部分组成： 第一部分是阿拉伯数字2，表示二极管。 第二部分是用汉语拼音字母表示二极管的材料和极性：AN型锗材料；BP型锗材料；CN型硅材料；DP型硅材料。 第三部分是用汉语拼音字母表示二极管的类型。例如P表示普通管(小信号管)、Z是整流管、W是稳压管等。 第四部分是阿拉伯数字表示该二极管的序号。,613 二极管的特性及参数1二极管伏安特性,图6-6 硅二极管的伏安特性曲线,2二极管的主要参数 二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标，只有正确理解这些参数的意义，才能合理、正确地使用二极管。 二极管的主要参数有四项。 （1）最大整流电流IF （2）最

48、高反向工作电压URM （3）最大反向电流IRM （4）最高工作频率fM 3二极管的应用 由于二极管的伏安特性是非线性的，为了分析计算方便，在特定的条件下，我们可以将其线性化处理，视为理想元件。,二极管是电路中最常用的半导体器件。利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，可以进行整流、检波、限幅、开关以及元件保护等各项工作。 （1）整流 整流就是将交流电变为单方向脉动的直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、稳压，便可获得平稳的直流电。这些内容将在第九章详细介绍。 （2）限幅 利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本保持不变的特性，可以构成各种限幅电

49、路，使输出电压的幅度限制在某一电压值以内。,614 特殊二极管 除了上述普通二极管外，还有一些特殊二极管，如稳压二极管、光电二极管、发光二极管等，分别介绍如下。 1稳压二极管 图6-10 稳压电路、稳压管伏安特性及图形符号 (a)稳压电路 (b)伏安特性 (c)符号,2光电二极管 光电二极管又称光敏二极管。它的管壳上备有一个玻璃窗口，以便于接受光照。 3.发光二极管 发光二极管是一种将电能直接转换成光能的半导体固体显示器件，简称LED（Light Emitting Diode）。和普通二极管相似，发光二极管也是由一个PN结构成。发光二极管的PN结封装在透明塑料壳内，外形有方形、矩形和圆形等。发

50、光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有体积小、可靠性高、耗电少、寿命长以及抗振动能力强等优点，广泛用于信号指示等电路中。在电子技术中常用的数码管，就是用发光二极管排列组成的。,62 三极管及其应用,半导体三极管由两个PN结、三个电极组成。这两个PN结靠得很近，工作相互联系、相互影响，表现出与两个单独的PN结完全不同的特性。与二极管相比，三极管的功能有质的飞跃，因此在电子线路中得到广泛的应用。 621 三极管的结构和类型 三极管是由两个PN结、三个杂质半导体区域组成，因杂质半导体有P、N两种类型，所以三极管的组成形式有NPN型和PNP型两种，其结构如图6-13所示。,图6-13 三极管结构及符号

51、 图6-14 三极管的电路符号 (a)NPN型 (b)PNP型 (a)NPN型 (b)PNP型,622 三极管的放大特性1三极管的工作状态,为使三极管正常工作，必须给三极管的两个PN结加上合适的直流电压，或者说，两个PN结必须有合适的偏置。三极管两个PN结的偏置方式（正偏和反偏），决定了三极管的工作状态。当发射结正偏，集电结反偏时，三极管工作在放大状态；当发射结正偏，集电结也正偏时，三极管工作在饱和状态；当发射结反偏，集电结反偏时，三极管工作在截止状态。 2三极管的三种组态 三极管是三端器件，有三个电极：发射极、基极和集电极，用作四端网络时，其中任何一个电极都可作为输入和输出端口的公共端，因此

52、，三极管有三种连接方式，也称三种组态。以发射极作为信号输入和输出公共端的电路，称为共发射极电路；以基极作为信号输入和输出公共端的电路，称为共基极电路；以集电极作为信号输入和输出公共端的电路，称为共集电极电路。三种组态电路如图6-16所示。,图6-16 三极管的三种组态 (a)共发射极电路 (b)共基极电路 (c)共集电极电路,3三极管的放大作用,图6-17 三极管具有放大作用的外部条件 (a)NPN管 (b)PNP管,4三极管的电流分配关系在放大电路中，三极管的三个极电流IE、IC、IB间满足关系：IE=IC+IB。三个电流之间的关系符合基尔霍夫电流定律。IB最小，IE、IC比IB大得多，所以

53、ICIE。IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变。三极管三个电极电流分配关系可用图6-18表示。,图6-18 三极管的电流分配关系 (a)NPN管 (b)PNP管,623 三极管的特性曲线 1输入特性曲线,图6-19 NPN型三极管共发射极电路的输入特性曲线,2输出特性曲线,图6-20 NPN型三极管共发射极电路的输出特性曲线,根据上述输出特性曲线的特点，将三极管的工作范围划分为截止区、放大区和饱和区三个区域。 （1）截止区 输出特性曲线族中，IB=0以下的区域称为截止区。三极管工作在截止区时，发射结和集电结均是反向偏置。IB =0时所对应的IC用ICEO表示，通常ICEO很

54、小，IC=ICEO0。 由于三个电极的电流都是零，集电极和发射极之间处于断开状态，三极管如同一个断开的电子开关。 （2）放大区 在图6-20中虚线以右，各条输出特性曲线较平坦的部分，称为放大区。三极管工作在放大区时，发射结为正偏，集电结为反偏。在放大区，各条特性曲线几乎平行，且间距也几乎相等，这表明集电极电流iC受基极电流IB控制，而与uCE无关。所以在放大区，三极管可视为一个受基极电流IB控制的受控恒流源， 即IC/IB=IC/IB=，为一常数，定义为三极管的电流放大系数。,三极管在起电流放大作用时，应工作在该区。 （3）饱和区 在图6-20中虚线以左，uCE很小，输出特性曲线陡直上升，该区

55、域称为饱和区。三极管工作在饱和区时，发射结和集电结均是正向偏置，集电结收集电子的能力较小，IB增大时，iC增加很少，甚至不增大。不同IB值的各条特性曲线几乎重叠在一起，IB对iC失去控制作用，因此三极管没有放大作用，不能用来描述基极电流和集电极电流的关系。 工程上定义，uCE=uBE，即uCB=0时, 三极管处于临界饱和；uCEuBE时，则称为饱和。三极管饱和时的管压降用UCES表示。通常，小功率硅管的饱和管压降UCES约为0.3 V，小功率锗管的UCES约为0.1 V，所以三极管饱和时，集电极和发射极之间近似短路，三极管如同一个闭合的电子开关。 综上所述，三极管工作在放大区，具有电流放大作用

56、，常用来构成各种放大电路；三极管工作在截止区和饱和区，相当于电子开关的断开和闭合，常用于开关控制和数字电路中。,624 三极管的主要参数 三极管的参数用来表征三极管的各种性能和适用范围。由于制造工艺的关系，即使同一型号的管子，其参数的离散性也很大，晶体三极管手册上所给出的参数只是一般的典型值，了解这些参数的意义，对合理使用管子进行电路设计是十分必要的。 1电流放大系数 电流放大系数是表征三极管放大性能的参数。 动态（交流）电流放大系数：当集电极电压UCE为定值时，集电极电流变化量IC与基极电流变化量IB之比，用表示。即,2极间反向电流 （1）集电极-基极反向饱和电流ICBO ICBO是指发射极

57、开路而集电结处于反向偏置时的集电极电流值。在一定的温度下，这个反向电流基本上是个常数，所以称为反向饱和电流。一个好的小功率锗三极管的ICBO约为几微安至几十微安，硅三极管的ICBO更小，有的可达到纳安数量级。 （2）集电极-发射极穿透电流ICEO ICEO是指基极开路而集电结反偏、发射结正偏时的集电极电流值。 通常ICBO和ICEO越小，表明管子的质量越好。在实际工作中选用三极管时，不能只考虑的大小，还要注意选用ICBO和ICEO较小的管子。,3极限参数 极限参数是指三极管使用时不允许超过的工作界限，超过此界限，管子性能下降，甚至损坏。 （1）集电极最大允许电流ICM （2）集电极最大允许功耗

58、PCM （3）集电极-发射极间反向击穿电压U（BR）CEO ,第七章 基本放大电路,71 共射极单管放大电路 共射极放大电路是指组成放大电路的晶体管为共射极组态，即输入信号和输出信号都经过晶体管的发射极。共射极放大电路中只有一个晶体管的称为共射极单管放大电路。 711 共射极单管放大电路的组成和工作原理,712 直流通路和交流通路 放大电路工作，当无输入信号时，电路中只有直流电流；当有输入信号时，电路中既有直流电流又有交流电流。直流电流流过的路径称为放大电路的直流通路；交流电流流过的路径称为放大电路的交流通路。由于电路中存在着电抗元件，所以直流通路和交流通路不相同。在计算、分析具体的放大电路时，一定要分清交、直流通路。1直流通路直流通路的简化方法是将电抗元件中的电容看作开路，电感看作短路，其他元件不变。,2交流通路 交流通路的简化方法是将电抗元件中的电容看作短路，电感看作开路，其他元件不变。直流电源只能产生直流激励，在交流电路中不起作用，而其内阻很小忽略不计，作为短路处理。,图7-2 共射极单管放大电路的直流、交流通路 (a)直流通路 (b)交流通路,713 静态分析 放