"世紀(jì)高職高專電子信息系列實用規(guī)劃電工電子技術(shù)基 盧菊 宇海副主 詹紹 王東 金東琦wwwPLCworld 內(nèi)容簡本根據(jù)教育部高職高專培養(yǎng)目標(biāo)的要求編寫!共分四篇十二章!內(nèi)容包括直流電路"正弦交流電路"常用半導(dǎo)體器件"放大器基礎(chǔ)"直流穩(wěn)壓電源"數(shù)字電路"磁路與變壓器"電動機"電氣控制基礎(chǔ)"供用電安全與測量基礎(chǔ)"基礎(chǔ)實訓(xùn)和綜合實訓(xùn)#本適用于高職高專機電類專業(yè)及相近專業(yè)的電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的!也可作為機電行業(yè)相關(guān)工程人員的培訓(xùn)或參考#在版編目數(shù)"世紀(jì)高職高專電子信息系列實用規(guī)劃,& &'0wwwPLCworld 名#電工電子技術(shù)基著作責(zé)任者#盧菊 宇海 主策劃編輯# 責(zé)任編輯#李娉, 者 址#市海淀區(qū)成府路4 址; 話#郵購部4部!編輯部%部電子郵箱+ 者 者 者#新華書%毫米!毫 4印 千%年'月第" %年'月第"次印 價$$不得以任何方式或本書之部分或全部內(nèi)容$電子郵箱 隨著我國高等教育的發(fā)展和不斷深入!為了推進(jìn)素質(zhì)教育!培養(yǎng)面向生產(chǎn)"管理"服務(wù)第一線的高等技術(shù)應(yīng)用型人才!根據(jù)教育部高職高專培養(yǎng)目標(biāo)的要求編寫本#!章常用半導(dǎo)體器件和第1章放大器基礎(chǔ)由詹紹成編寫!第4章直流穩(wěn)壓電源和第$章電安全與測量基礎(chǔ)由王東輝編寫!第3章數(shù)字電路和第%章磁路與變壓器由葉俊 " 章綜合實訓(xùn)由周敏編寫#本書由盧菊洪負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿工作#本在編寫過程中!堅持以能力為主線!在內(nèi)容選擇上!增加新知識"新技術(shù)減數(shù)學(xué)推導(dǎo)!在實驗實訓(xùn)安排上!突出實踐技能的培養(yǎng)#本結(jié)構(gòu)合理!覆蓋面廣語簡潔!便于學(xué)習(xí)#書中打"號部分是選用模塊!可根據(jù)需求選用#本在編寫過程中!葉戰(zhàn)波"葉鋼提供了一些編寫素材!提出了許多寶貴的 world!在此表示感謝本可作為高職高專機電類專業(yè)及相近專業(yè)的電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的! 為機電行業(yè)相關(guān)工程人員的培訓(xùn)或參考#由于電力半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展!電工電子技術(shù)不斷更新!新情況和新技術(shù)不斷 本書的編寫帶來了一定的!加上編寫時間倉促!編者水平有限!不足 敬請廣大讀者批評指正 %年% 第一 電路基

)))))))))

!正弦量的相量表示方 )))))"用旋轉(zhuǎn)相量表示正弦 3第% 直流電

)))))))))

!相量

)))))))%"電路組成及連

)))))))

-正弦交流電的相量分"電路的組

))))))

方 ))))))))%!電路中的基本物理

))

思考與練

))))))))-實際電路和電路模

))

-交流電路中的電路元

))))1電阻的連

))))))

))))))思考與練

)))))))))

!

))))))!電路的基本定

)))))))

-電容元

))))))"歐姆定

)))))))

思考與練

))))))))!基爾霍夫定

)))))

1單一元件的正弦交流電

)))思考與練

))))))))

"純電阻電

)))))-電源的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備

!純電感電

)))))額定

))))))))))wwwPLCworld

-純電容電

)))))

)))))

思考與練

))))))))!

))))

4電阻"電感與電容元件串聯(lián)

))))))

交流電

)))))))))思考與練

))))))))

思考與練

))))))))1線性電路的基本原"電源等效變

))))))))))

3電路中的諧"串聯(lián)諧

)))))))))))))!疊加定

))))))

!并聯(lián)諧

))))))-戴維南定

)))))

思考與練

))))))))思考與練

))))))))

%功率因數(shù)的提

)))))))4電路中電位的計

))))))

思考與練

))))))))思考與練

))))))))

,三相交流電

)))))))本章小

)))))))))))

思考與練

))))))))習(xí)題

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

'三相負(fù)載的連

)))))))第' 正弦交流電

)))))))

"負(fù)載的星形連

))))"正弦交流電的基本概

))))

!負(fù)載的三角形連

)))"正弦交流電的三要

))

思考與練

))))))))'!正弦交流電的有效

))

$三相電路的功

))))))'-正弦交流電的相位及

思考與練

))))))))思考與練習(xí)

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

習(xí)題!

))))))))))))))))))))))) !放大電路的主要技第二 電子技術(shù)基

)))))))

指 ))))))))'第4 常用半導(dǎo)體器

))))))

思考與練

))))))))

)))))))

!單管共射放大

)))))))"二極管的基本結(jié)構(gòu)

"基本電路形

)))))分 ))))))))

!放大器的構(gòu)成原

)))!二極管的特

)))))

-基本共射放大電路的工作原-二極管的參

)))))

及波形分

)))))1二極管的溫度特

)))

思考與練

))))))))4二極管的型號命名方

)

-射極輸出

))))))))思考與練

))))))))

))))))!

)))))))

!"三極管的結(jié)構(gòu)及符

))

應(yīng) ))))))))%!三極管的分類及型號命

思考與練

))))))))方 ))))))))

1放大器中的負(fù)反

))))))-三極管的電流分配與放

"反饋的概

)))))作 )))))))),

!反饋的分類及判別方

)1三極管的特性曲

)))

-負(fù)反饋對放大器性能4三極管的主要參

)))

影 ))))))))$3溫度對三極管特性

思考與練

))))))))影 )))))))wPLCworld4

))))))))思考與練-

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

"功率放大器的特!乙類互補對稱功

)))

))))

放大

)))))))-

)'

-甲乙類互補對稱功-

放大

)))))))型管的比

)))))

思考與練

))))))))4思考與練

))))))))

3集成運算放大

)))))))4

))))))))))

"集成運放的結(jié)構(gòu)"符

)3"晶閘管的分類"外形

!集成運算放大器的主結(jié) ))))))))"

技術(shù)指

))))))3!晶閘管的工作原

)))

-集成運算放大器使-晶閘管的伏安特

)))

注意事

))))))%1晶閘管的主要參數(shù)和型 1集成運算放大器的封命名方

))))))

形 ))))))))思考與練

))))))))

思考與練

))))))))習(xí)題-

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

習(xí)題1

)))))))))))))))))))))))第* 放大器基"放大電路概

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

第) 直流穩(wěn)壓電"直流電源的組

))))))))))))"放大的概

)))))'

思考與練

))))))))!整流電

)))))))))

"二進(jìn)制計數(shù)

))))"電路的組成及工

!十進(jìn)制計數(shù)

))))原理

-任意進(jìn)制計數(shù)

)))!負(fù)載上直流電壓和電流

思考與練

))))))))估算

4寄存

))))))))))-二極管的選

))))

"數(shù)碼寄存

)))))思考與練

))))))))

!移位寄存

)))))-濾波電

)))))))))

思考與練

))))))))!

))))))))

3數(shù)碼顯示思考與練

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

))))

"%

)))))思考與練

))))))))

"

)))))1穩(wěn)壓電

)))))))))

!

)))))"硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)

思考與練

))))))))電路

本章小

)))))))))))!串聯(lián)型穩(wěn)壓電-集成穩(wěn)壓電1開關(guān)型穩(wěn)壓電

))))))))))

習(xí)題3))))))))))))第三 電機與控制技術(shù)基 )))思考與練

))))))))

第( 磁路與變壓

))))))"4

))))))

"磁路的基本概念與基本定

))本章小

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

"鐵磁材

))))))習(xí)題4

!磁路的概

)))))& 數(shù)字電

))))))))

-磁路的主要物理

))"數(shù)字電路概

)))))))

1磁路歐姆定

))))"數(shù)字電路的特

)))

思考與練

))))))))!數(shù)制和代

)))))

!交流鐵芯線圈電

)))))思考與練

))))))))

思考與練

))))))))!邏輯門電

))))))))

-變壓

))))))))))"與門電!或門電-非門電

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

!-

))))1復(fù)合門電

)))))

參數(shù)思考與練

))))))))

)))-觸發(fā)

))))))))))

))

))))

思考與練

))))))))!

))))

1幾種常用變壓

))))))-

))))))

"三相電力變壓

)))&1B觸發(fā)

))))))

!自耦變壓

)))))思考與練

))))))))

-互感

)))))))1計數(shù)

))))))))))

1電焊變壓

))))) 思考與練

))))))))

'直流電動

))))))))本章小

)))))))))))

"直流電動機的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)習(xí)題

原理第5 電動

)))))))))

!直流電動機的勵磁方

)"三相異步電動機的結(jié)構(gòu)

思考與練

))))))))銘 ))))))))))

$控制電動

)))))))"三相異步電動機的基

"伺服電動

)))))結(jié)構(gòu)

!步進(jìn)電動

)))))!三相異步電動機銘

))

思考與練

))))))))思考與練

))))))))

本章小

)))))))))))!三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁

))

習(xí)題思考與練

))))))))

第6 電氣控制基

))))))-三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理及

"常用低壓電

)))))))差 ))))))))))

"熔斷

)))))))思考與練

))))))))

!開

))))))))1三相異步電動機的運

))))

-按鈕"行程開

)))"電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

1交流接觸

)))))的關(guān)系曲

)))))

4繼電

)))))))!轉(zhuǎn)矩與功率的關(guān)

))

思考與練

))))))))-電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓關(guān)系wwwPLCworld

!三相異步電動機的基本控電 ))))))))))4思考與練

))))))))

"直接控制電

))))4三相異步電動機的啟

))))

!啟動"停止控制電路))%"

-正"反轉(zhuǎn)控制電

))%!降壓啟

))))))

思考與練

))))))))思考與練

))))))))

"-

))))3三相異步電動機的調(diào)

))))

思考與練

))))))))"變極調(diào)!變頻調(diào)

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

"1思考與練

))))))))))))))))-變壓調(diào)

))))))

本章小

)))))))))))思考與練

))))))))

習(xí)題%單相異步電動

))))))

$ 供用電安全與測量基

))"電容分相式異步電動

)

"供電與配電系

))))))!罩極式單相異步電動

)

"供電系統(tǒng)的組

)))思考與練

))))))))

!企業(yè)變配電所及一",

))))))))

系 )))))))"三相同步電動機的結(jié)構(gòu)

思考與練

))))))))運轉(zhuǎn)原

))))))

!安全用

))))))))!微型同步電動

)))

"電流對

))思考與練

))))))))

!可能的觸電方

)))-接地和接

)))))

實訓(xùn) 交流測量基

))))))1觸電急

)))))

實訓(xùn) 熒光燈的安裝及功率因數(shù)思考與練

))))))))

提 )))))))))-電氣火災(zāi)的防護及急

)

實訓(xùn) 三相交流電路的測

)))

)

實訓(xùn) 電子元件的識別"檢測和焊!

))

技能訓(xùn)

)))))))思考與練

))))))))

實訓(xùn) 常用電子儀器的使

)))1電工測

))))))))

實訓(xùn) 二極管和整流"濾波電

)"電工測量基本知

))

實訓(xùn) 三極管和單管交流放!電工儀表基本知

))

電 )))))))))-常用電工儀表的使

實訓(xùn)十 集成運算放大器的應(yīng)

)與測

))))))

實訓(xùn)十 組合邏輯電

)))))思考與練

))))))))

實訓(xùn)十 電動機的測試與應(yīng)

))本章小

)))))))))))

實訓(xùn)十 電動機點動和自鎖控

)習(xí)題

)))))))))))

' 綜合實

))))))))"綜合實訓(xùn) 模擬住宅供電電路四 基礎(chǔ)實訓(xùn)與綜合實

)))

安 )))))))"% 基礎(chǔ)實

))))))))

綜合實訓(xùn) 電子秒

)))))),實訓(xùn) 直流測量基礎(chǔ)))))))

綜合實訓(xùn) 電動機控制柜的安裝實訓(xùn) 基爾霍夫定律與疊加定

)

調(diào) )))))))實訓(xùn) 戴維南定

))))))))))))3第一 第! 本章要電路的組成與連接電路的基本定律電源的工作狀態(tài)線性電路的基本原理電位的計算教學(xué)要介路際本章以簡單的直流電路為例討論電路的基本概念%基本定律以及常用分析方法$ 路的組成與連接%電路的基本定律%電源的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值%線性介路際本原理及電位的計算等內(nèi)容$通過對本章的學(xué)習(xí)&要求掌握電路基本變量之間的 用電路定律與定理分析電路&具有電路基本分析計算能力&利用電路理論解決 wwwPLCworld$為今后學(xué)習(xí)交流電路和電子技術(shù)打下基礎(chǔ)wwwPLCworld 電路組成及連!電路的組電是能量和信息的良好載體!為了實現(xiàn)電能和電信號的產(chǎn)生"傳輸及使用#人們往往將若干電氣元件按照特定的要求連接起來#構(gòu)成電路!電路是電流的通路#它是為了某種需要由某些電氣設(shè)備或元件按一定方式組合起來的!在復(fù)雜的網(wǎng)狀電路中或討論電路的某一普遍規(guī)律時#又將電路稱為網(wǎng)絡(luò)!電路和網(wǎng)絡(luò)是通用的!實際上電路的形式是多種多樣的#但是基本上由電源"負(fù)載和中間環(huán)節(jié)#部分組成!&電電源是產(chǎn)生電能或電信號的設(shè)備!將各種非電能如熱能"化學(xué)能"機械能"光能和原子能等轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為電源(將各物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置稱為信號源#信號源也是電源的一種!另外#將某種電能轉(zhuǎn)換成特殊需要的電能裝置也稱為電源!例如#廣泛應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)"辦公自動化"通信"航空航天等的'()不間斷電源#將質(zhì)量較差的市電轉(zhuǎn)換成電壓"頻率穩(wěn)定的高質(zhì)量的交流電源#而且一旦市電供電中斷#它能保持一段時間一般的供電 &負(fù)負(fù)載是使用電能或接收電信號的設(shè)備!與電源相反#負(fù)載將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量!在現(xiàn)代日趨復(fù)雜的各種電路中#負(fù)載和電源都是相對的概念!例如#電視中#某一級放大電路對于它的前一級放大電路而言可視做負(fù)載#而對于它的后一級電路則又被視做電源&中間環(huán)中間環(huán)節(jié)是把電能或信號從電源傳輸?shù)截?fù)載的設(shè)備!它可以很簡單如兩根導(dǎo)線#也可以是一個具有極其復(fù)雜的控制功能的傳輸網(wǎng)!按電路的基本功能#可以把電路分為兩類*第一類是信號的產(chǎn)生和處理電路(第二類是功率或能量的產(chǎn)生和處理電路!如各種物理量的測量電路"放大電路"聲音"圖像或文字處理電路等即屬于第一類(各種整流電路"變頻電路"逆變電路及直流變換電路等屬于第二類!#電路中的基本物理電路的狀態(tài)主要由電壓"電流和電功率#個基本物理量來表示&電運單當(dāng)導(dǎo)體中存在電場時#電荷在電場力的作用下運動#電場力對運動的電荷做功#荷的電能將減少#電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量!電路中."/兩點之間的電壓!./正電荷在電場力的作用下由點移動到點/所減少的電能運單wwwPLCworld

+

中## 點.移動到點/的電荷量 移動過程中電荷所減小的電能對于直流電壓#用大寫字母$表示在電路分析中電壓的參考方向有#種表示方式3" 極性#如圖!所示!電壓的參考方向從正極端指向負(fù)!采用實線箭頭表示#如圖!所示

+ 圖!電壓的參考方$/電壓的實際方向是正電荷電能減少的方向#也是電場力對正電荷做功的方向在國際單位制中#電壓的單位是 特#單位符號為!常用的單位還有*千"毫伏 等&電小等于單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面的電荷量#用符號%表示#即%+#&

!式中## 時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量第! 為電流的實際方向為正電荷的運動方向!當(dāng)電流的大小和方向不隨時間變化時為值#這種電流為直流電流#用大寫英文字母'表示#則式!可以寫'&式中 時間&內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量

!'在國際單位制中#電流的主要單位是安 培#單位符號為#常用的單位還有*千安#毫安和 .無法標(biāo)明電流的實際方向!為了計算方便#在電路分析中引入電流參考方向的概念!電流的參考方向是人為設(shè)定的電流運動的正方向#在電路中用實線箭頭表示!在電參考方向一定的情況下#電流為代數(shù)量#其數(shù)值 正可負(fù)!若電流的實際方向與參考方向一致#則正為正值(若電流的實際方向與參考方向相反# 流方向之間的關(guān)系!&電功

i i圖!#電流的參考方電流"電壓的參考方向是進(jìn)行電路分析與計算時可以任意假設(shè)的#互不相關(guān)的#

方向是從電壓的正極性端指向負(fù)極性端#稱為關(guān)聯(lián)參考方向#反之稱為非關(guān)聯(lián)參考方向!慣上將無源元件取關(guān)聯(lián)參考方向#這樣對無源元件只需標(biāo)出一個電壓電流的參考方#電流電壓的參考方向則按關(guān)聯(lián)參考方向處理#而有源元件常取非關(guān)聯(lián)參考方向!電路的基本作用之一是實現(xiàn)能量的傳遞#用功率來表示能量變化的速率#常用)表示在直流情況下#當(dāng)電壓"電流為關(guān)聯(lián)參考方向)' !'根據(jù)功率的正負(fù)便可判斷電路中哪個元件是電源#哪個元件是負(fù)載!在關(guān)聯(lián)參考方向$實際電路和電路模組成電路的實際部件很多#如發(fā)電機"變壓器"電動機"電池"晶體管以及各種電阻器和電容器等!它們在工作過程中都與電磁現(xiàn)象有關(guān)!如一個白熾燈#它除了具有消耗電能外#當(dāng)通過電流時#它周圍就要產(chǎn)生磁場#因而又兼有電感的性質(zhì)!用這些實際部件組成電路時#如果不分主次#把各種性質(zhì)都考慮在內(nèi)#問題就非常復(fù)雜#給分析電路帶來很大#甚至無法進(jìn)行分析!為了便于對實際電路進(jìn)行分析#必須在一定的條件下對實際部件加以理想化#突出其主要的電磁特性#而忽略其次要因素#用一個足以表征其主要性質(zhì)的模型來表示它!這樣#實際電路就可近似地認(rèn)為是由這些理想電路元件組成的電路#也可稱做實際電路的電路模型 各種理想元件都用一定的符號圖形表示#圖!示出了#種基本理想元件的圖形符號(a) (c)圖!$三種基本元件的圖形符%電阻的連&電阻的串電路中有兩個或多個電阻一個接一個地順序相連#通過這些電阻的電流相同#這樣的連!如圖!所示為電阻!"和+#的串聯(lián)電路#串聯(lián)電阻在端口處的等效電阻為+!"# !'其等效電阻可以用一個電阻來代替#等于各串聯(lián)電阻之和#其等效電路如圖!所示&電阻的并電阻的并聯(lián)形式如圖!%所示#電路中每個電阻都直接承受電源電壓#每個電阻都相同的電源電壓下工作!III awwwPLCworldcnIR 圖!%電阻的串

_圖!&電阻的并&電阻的 $連接的等效變?nèi)鐖D!所示的電路為電阻三角形連接#如圖!所示的電路為電阻星形連結(jié)!根據(jù)對外等效的原則#有如下等效變換!1111(a)(b)圖!'電阻的三端網(wǎng)星形連接變換成三角連

第! ) ++

"+ +# ++

!+ +"! ++!

三角形連接變換成星形連+

,+ # !+++ #

!'"+++ #++例特例例

!+="##!+$ !'"#!=#! #PLCwrlcn !#_+_+_9 圖!(例!題 應(yīng)用電阻- $等效變換分析電路#明確#個端鈕和相應(yīng)的電阻下標(biāo)#畫出等效"##

++

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'變換后根據(jù)電阻的串聯(lián)化簡原則#計算總電阻 +'$電源支路電電源發(fā)出的功

'+

.'A!"$$算#得到相同結(jié)果!思考與練&路由哪幾部分成(&~個電路中&兩點&&么是參考方向如何確定電流和電的參考方(&述電路模型與際電路的區(qū)別 電路的基本定電路的基本定律闡明了一段或整個電路中各部分電壓"電流等物理量之間的關(guān)系# 與計算電路的理論基礎(chǔ)和基本依據(jù)#電路的基本定律主要包括歐姆定律和基爾霍夫定律wwwPLCworld!歐姆定歐姆定律表明流過電阻的電流與其端電壓成正比#而與本身的阻值成反比!在 所標(biāo)出的關(guān)聯(lián)參考方向下#歐姆定律可表示成如下的形+U +U _+UI_+UI_ 圖!)歐姆定$ !' $' !式中#即為該段電路的電阻值在國際單位制中#電阻的單位是 #!對歐姆定律做以下幾點說明當(dāng)電壓和電流取為非關(guān)聯(lián)參考方向時#如圖!"圖!所示#歐姆定律可表示為第! ' !歐姆定律還可用電導(dǎo)參數(shù)表示成如下的形式'++ 歐姆定律只適用于線性電阻元件#而不適用于非線性元件!

!7 電路總電阻

++ $

總電流

$ .

b圖!*串聯(lián)電!

'7'7'7總電壓為各電阻上電壓降之和#

wwwPLCworld$!"# 7#基爾霍夫定路律歐姆定律表明了電路中某一個局部的電壓"電流關(guān)系!而基爾霍夫定律則是從電全局和整體上#闡明了各部分電壓"電流之間必須遵循的規(guī)律!為了說明基爾霍夫定內(nèi)容#首先介紹有關(guān)的幾個術(shù)路律++_E2支路*電路中的每一分支稱為支路#流++_E2*

d節(jié)點*電路

#條

#條以上的支路相連接的點*!回路*由一條或多條支路組成的閉合路徑稱為回路*#至少有一個回路!

b+基爾霍夫定律包括兩條定律*基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律&基爾霍夫電流定之間的關(guān)系!其內(nèi)容如下!在任一瞬時#對電路中的任一節(jié)點而言#流入某節(jié)點的電流總和等于流出該節(jié)點的電* 或?qū)⑸鲜礁膶懠?/p>

##(' 數(shù)和%做這樣的規(guī)定*參考方向為流入節(jié)點的電流取正號#流出節(jié)點的電流取負(fù)號!實際方向相反所至!!." .# #$! E"#$3&$$參路#E'E向而確定的#括號內(nèi)數(shù)字前面的正負(fù)號則表示電流值的參路E"一假設(shè)的閉合面!A

B

C

#"E可列出下式將上面#式相加#則

./: ('可見#在任一瞬時#通過任一閉合面的電流的代數(shù)和也恒等于&基爾霍夫電壓定第! !E($ ! +3+_c+_b +3+_c+_b# 示電路元件#參考方向已經(jīng)標(biāo)出!若順時針方向為回路繞行方2# $$ !"#

$應(yīng)該說明#不論按何種繞行方向列寫D7E方程#均不影響計算結(jié)果"! ; !#!;$%3$# '3' $"! &$" '%www 由本例題可知#列寫D7E方程時同樣涉及兩套符號#$前面的正負(fù)號是由D7E方根據(jù)回路的繞行方向及電壓參考極性而定的#括號內(nèi)數(shù)字前面的正負(fù)號則表示電壓數(shù)值$ '33&'這說明在計算電路中兩點之間的電壓降時與所選取的路徑無關(guān)%0'$$0' +U3

+U4 +U5

_b

I_+_UR%+_UR

& 從這里應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識到#D7E方程的實質(zhì)是各點電位的變化規(guī)律#只要計算電位變化時是首尾相接#即各段電壓構(gòu)成閉合路徑就可以了#不必一定要由具體支路構(gòu)成封閉回路!思考與練&什么是歐姆定律(請寫出表達(dá)式&什么是基爾霍夫電流定律&什么是基爾霍夫電壓定律&請寫出基爾霍夫電壓定律的表達(dá)式 電源的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定 '!帶載工作狀 '下面討論相關(guān)的幾個問題&電壓和電應(yīng)用歐姆定律#電路中的電流PLCworld負(fù)載電阻兩端的電

*+并由上兩式可得

$'$0' !由式!可知#電源端電壓小于電動勢#兩者之差為電流通過電源內(nèi)阻所產(chǎn)生!<時#則 !UIRa R+U_

第! 式!表明#當(dāng)電流負(fù)載變動時#電源的端電壓變動不大#說明它帶負(fù)載能力強&功率與功率平!#或G'

''" !)G"'&電氣設(shè)備的額定功如過多設(shè)備額各種電氣設(shè)備的電壓"電流及功率都有一個額定值#額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值!例如#一盞功如過多設(shè)備額A#電氣設(shè)備在實際運行時#應(yīng)嚴(yán)格遵守各有關(guān)額定值的規(guī)定!大多數(shù)電氣設(shè)備例機"變壓器等的與絕緣材料的耐熱性能及絕緣強度有關(guān)!當(dāng)電流超過額定值#由于發(fā)熱嚴(yán)重#絕緣材料將遭到損壞(當(dāng)所加電壓超過額定值過多時#絕緣材料被擊穿!反之#如果電壓和電流遠(yuǎn)低于其額定值#不僅設(shè)備未能被充分利用#而且設(shè)備工作不正常#嚴(yán)重時還可能損壞設(shè)備!例如#電動機在低于額定電壓值之下存在這種可能性#制造廠在制定產(chǎn)品的ww額PL定Cw值orldcn#全面考慮了使用的經(jīng)濟性"可等因素!設(shè)備在額定值狀態(tài)下運行時#利用得最充分"最經(jīng)濟合理!使用電#應(yīng)盡可能使其在額定狀態(tài)下運行電氣設(shè)備或元件的額定值常標(biāo)在銘牌上或其他說明中#在使用時應(yīng)予以充分考慮$HHH#A#電流!H H"HH H &!.H槡 同樣#根據(jù)電阻功率的計算#H HHH

!7A7H#H$ 額定電 H$H

電阻 +H

*$阻值也可用式

H"H"

H計算H !個月用 1)&@'AI#開路空載狀如!所#當(dāng)關(guān)斷開時#電源則處于開路空載狀態(tài)#開路時外電路的電阻對電源來說等于無窮大#電路中電流為*!這時電源的端電壓稱為開路電壓或空開電壓$*等于電源電動勢#電源不輸出電能!所以#電源開路時的特征可用下列各式表示*' $$* !) $短路狀>*!此時#電流不再流過負(fù)載!由于在電流的回路中僅有小的電源內(nèi)阻+*#所以此時的電流很大#此電流稱為短電流')!短路電流可能使電源機械的與熱的損傷或!短路時電源所產(chǎn)生的電能全被內(nèi)阻所消耗如上所述#電源短路時的特征可用下列各式表示wwwPLCworld$

++E_U_ 0'*") '短路通常是一種嚴(yán)重事故#應(yīng)盡力預(yù)防!產(chǎn)生短路的原因往往是由于絕緣損壞或接線不慎#因此經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情況是一項很重要的安全措施!此外#為了防止短路事故所引起的#通常在電路中接入熔斷器或自動斷路器#以便發(fā)生短路時能迅速將故障電路拆除!思考與練&電氣設(shè)備的使用與什么有關(guān)&為什么電氣設(shè)備必須在額定值狀態(tài)下運行&電源開路時電路有何特征&產(chǎn)生電路短路的原因是什么 線性電路的基本原分析與計算電路要應(yīng)用歐姆定律和基爾霍夫定律#但根據(jù)實際需要#電路的結(jié)構(gòu)型式是很多的#往往由于電路復(fù)雜#計算過程極為煩瑣!因此#要根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點尋找第! 析與計算的簡便方法#下面介紹#種適用于線性電路的基本原理!電源等效變在復(fù)雜的電路中#有些電路可以通過簡化的方法進(jìn)行分析!等效變換法是分析方法中的一種#其目的是將某些復(fù)雜的電路根據(jù)等效的原則化簡成較簡單的電路#甚至簡化成單回路電路!等效變換*等效就是相等的效果#一個二端網(wǎng)絡(luò)在電路中的作用就是由其端鈕上的電壓"電流的關(guān)系即伏安特性所決定的!凡是端口上具有相同伏安關(guān)系的二端網(wǎng)絡(luò)在電路中的作用都是相同的!值得注意的是*等效是指對外電路等效#這是利用等效的概念化簡電路的依據(jù)!電路簡化解題的基本思路是*把電路中的某部分電路一般是一個二端網(wǎng)絡(luò)用另一個簡化的電路另一個二端網(wǎng)絡(luò)替換#替換后電路被簡化了#而這個電路未被替換的部分解答不變!&實際電源的等實際電源總是有內(nèi)阻損耗的#可以用一個理想電壓源和一個電阻的串聯(lián)來等效#建立際#如圖!?中點畫線框內(nèi)所示!該組合電路實際電源的伏安特與理想電壓源的伏安特性截然不同#可以表示為* '式反映了實際電源的外!里#端電壓"電流均不是恒定的 * a+_a+_bUI+U_I Rb'

% !%' &電源模型的等效變實際電源的電壓源模型與電流源模型#如果不考慮實際電源的內(nèi)部特性#而只考慮電源#則!?和!*中#端5"6左側(cè)的電路是可以等效互換的!例如#式!可以寫成下面形式* 比較式!和式!可知#只要

!) )

!而電源內(nèi)阻+*的數(shù)值不變#則可以將理想電壓源與內(nèi)阻的串聯(lián)電路變換成理想電流源與內(nèi)阻并聯(lián)的電路!并且#變換后的電路與原電路比較#端口處伏安特性關(guān)系不變!顯然#以電流源與內(nèi)阻并聯(lián)的電路組合等效變換成電壓源與內(nèi)阻串聯(lián)的電路結(jié)合#只要滿足下列關(guān)系) !注意#這種變換只對端口處的伏安特性是等效的#即不改變端口處的電壓$和端口處的電流的數(shù)值#但是#對于電源內(nèi)部#兩種電路的組合是不等效的!電壓源與電流源!U+_U+_

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++ __wbw

+U++U+_IS_0R(b)!等效變換中應(yīng)注意理想電流源的參考方向與理想電壓源的參考方向之間的等效關(guān)圖!中向表明電壓源的模型5端為高電位"6端為低電位(作為電源圖!#是5端送出電流#等效的電流源模型也應(yīng)保證上述電壓源模型的特性!圖中理想電流源的參考方向在內(nèi)阻上產(chǎn)生的電壓是5端為高電位#6端為低電位#且作為電源#是從5端流出電流!單純理想電壓源與理想電流源之間不能進(jìn)行等效變換#疊加定疊加原理是線性電路普遍使用的基本定理!疊加原理的內(nèi)容可以表述為*線性電路中#任何一條支路的響應(yīng)電流或電壓均可視做每個獨立源電壓源和電流源單獨作用時#在此支路所產(chǎn)生的響應(yīng)的代數(shù)和!在應(yīng)用疊加原理時#應(yīng)保證電路和結(jié)構(gòu)不變!當(dāng)某一激勵單獨作用時#其他激勵都*!即理想電壓源被短路#電壓為*(理想電流源開路#電流為*!對非理想電源#其內(nèi)阻下面舉例說明疊加原理的應(yīng)用!#第! I I

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!#'而后解之# "# !++++++

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' ! " #wwwPLCworld!wwwPLCworld3 4+#

'!+,++ ++ ++ ! " #求與的代數(shù)和#便得到 '這里 3% 相反#應(yīng)該注意#在對響應(yīng)分量進(jìn)行疊加時#若其方向與總響應(yīng)參考方向一致 3%號#相反則 $%號最后需要強調(diào)的是#考慮電路中一個電源單獨作用時#應(yīng)將其余電源進(jìn)行 理#即理想電壓源短接#而理想電流源開路#但它們的內(nèi)阻仍應(yīng)計算在內(nèi)!$戴維南定戴維南定理也可稱為等效發(fā)電機定理#是線性網(wǎng)絡(luò)的一個重要定理!它提出了等效化簡任意線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的一種基本方法#常用來分析電路中某一支路的電壓和電流及分析電路中某電阻獲得的最大功率!二端網(wǎng)絡(luò)即為具有兩個端子的網(wǎng)絡(luò)#又稱一端口網(wǎng)絡(luò)#凡網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有獨立電源的二網(wǎng)絡(luò)稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)#如圖!所示(否則為無源二端網(wǎng)絡(luò)#如圖!所示若二端網(wǎng)絡(luò)只含有線性元件與獨立電源#則稱為線性有源二端網(wǎng)絡(luò)戴維南定理明確*任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)#對任何外電路而言#都可以用一個等效的電壓源和電阻串聯(lián)代替!電壓源的電壓為端口上的開路電壓#電阻為將網(wǎng)絡(luò)中的獨立電源化零后的端口處的等效電阻! 戴!$所!線性有源二端網(wǎng)絡(luò)H供給負(fù)載的電壓和電$#則網(wǎng)絡(luò)H可以用獨立電源:和電阻+F串聯(lián)代替#同樣供#F !+_+_+ I+U_N N b(a)(b)

! !二電如值得注意的是#戴維南定理與二端網(wǎng)絡(luò)外接何種負(fù)載無關(guān)!應(yīng)用戴維南定理對線:二電如線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部參數(shù)及結(jié)構(gòu)已知時#可通過計算的方法求出開:和等效電阻!:#wP:F :F

如果有源二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小不允許短路#可采用輸出端外接已知電阻的方法所示#先分別測出電流'和電阻接入時端口兩端的電壓$#然后依據(jù)下式計算內(nèi)阻+F* :

!SSVANSIVAUN !!率最大/第! ae_+ae_+babab US1b ' 求開路電壓#如圖!所示電路: $"#!#解 $3$#

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# 化簡后的電路如圖!所示#當(dāng)負(fù)載電阻與電源內(nèi)阻相匹配時#負(fù)載電阻wwwPLCworld

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思考與練&電路簡化解題的基本思路是什么&如果用電流源來替換實際電源應(yīng)怎樣建立模型&線性電路普遍使用的基本定理是什么&什么是線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 電路中電位的計在分析電子電路時#通常要用到電位%這個概念!例如對半導(dǎo)體二極管來說#當(dāng)它的陽極電位高于陰極電位時#二極管才能導(dǎo)通#否則就截止!在討論晶體管的工作狀態(tài)時#也要分析各個電極的電位的高低#現(xiàn)在我們來討論電位%的概念及其計算方法!從本質(zhì)上說#電位與電壓是同一個概念#電路中某一點的電位就是該點到參考點電壓!在電位這個概念中#一個十分重要的因素就是參考點!在電路圖中#參考點用符+%表示#通常參考點的電位為*#故參考點又稱為零電位點!在工程上常選大地作為參考點!即認(rèn)為大地電位為*!在電子電路中常選一條特定的公共線作為參考點#這 公共線是很多元件的匯集處且和機殼相連#這條線也稱為 !相連!在計算電路中各點電位時#參考點可以任意選取#如圖!<所示cacad __

ccad+_+_ b電該電電該電 $C$C577

由上面的結(jié)果可以看出#參考點選得不同#電路中各點的電位值也不同!但是#無論參考點如何選取#電路中任意兩點間的電壓值是不變的!可見#電路中各點的高低是相對的#而兩點間的電壓值是!思考與練&什么是電位&什么是零電位點&什么是地線 3%$%表電壓低的一端(電流的參考方向用,%表示#箭頭所指的方向為是電流流動方向!電壓"電流為正值表示其真實方向與參考方向一致#為負(fù)值表示電壓"電流的實際方向與參考方向相反!基爾霍夫電流定律又稱為基爾霍夫第一定律!在集中參數(shù)電路中#任何時第! ('基爾霍夫電壓定律又稱為基爾霍夫第二定律!在集中參數(shù)電路中#任何時($任何由電阻串并聯(lián)組成的二端網(wǎng)絡(luò)都可以等效成一個電阻任何由獨立電源和電阻經(jīng)串"并聯(lián)的二端網(wǎng)絡(luò)都可以等效成一個電壓源串聯(lián)一個疊加原理是線性電路普遍使用的基本定理!疊加原理作為電路的一種分析方法后利用代數(shù)和相加求出結(jié)果!戴維南定理是電路分析中常用的一個定理!利用這個定理解題時#首先求出開路電壓或短路電流#然后求出等效內(nèi)阻#最后畫出等效電路節(jié)點上的待求支路#由該電路待求量!注意#戴維南定理只能對線性有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等效#且與外電路無關(guān) &>7#實&如圖!?所示電路#已知' +$#向?qū)峸wwPLCworld+__++__+__++__+U

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UR &#&7*&*IR+_IR+_UIRU+_IR_U+IR_U+ &!ababb !&"AAA鎢絲較A的細(xì)長!能否將它們串接在7的電源上使用!如果兩燈均為#則又將如何&"10V+6V2A12V +wPLCworld

_ &&$+_ +_+_

_U+_+_&如!%所#為#斷開開關(guān))測得開路電壓$(將)閉#測壓和電流分別為$7和'!試根據(jù)測數(shù)據(jù)確定電源的理想電壓和內(nèi)阻!若接以負(fù)載電阻+#試求電源產(chǎn)生的功&;第! SIVAUNISIVAUNI+_+_+ + '#wwwPLCworld第! 正弦交流電本章要正弦交流電的基本物理量正弦交流電的相量表示法交流電路中的電路元件單一元件的正弦交流電路多個元件串并聯(lián)的交流電路電路中的諧振功率因素的提高三相交流電教學(xué)要介本章以簡單的交流電路為例討論電路的基本概念%基本定律以及常用分析方法$紹弦交流電的基本物理量%正弦交流電的相量表示法%交流電路中的電路元件%單一件正弦交流電路%多個元件串并聯(lián)的交流電路%以及電路中的諧振%功率因素的提高三交流電等內(nèi)容$通過對本章的學(xué)習(xí)&要求掌握交流電路的基本概念%基本理論和基分方法&并能應(yīng)用電路定律與定理分析基本電路&具有基本電路分析%計算和解決介wwwPLCworld能力$為今后學(xué)習(xí)交流電動機%電器及電子技術(shù)打下基礎(chǔ) 正弦交流電的基本概交流電是指大小和方向隨時間作周期性往復(fù)變化的電壓和電流!如圖"!所示為幾種周期流電的波形"OOtOtOt 圖!#周期流電的一般波如圖"所示的交流電!其大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化!稱為正弦交流電它是最常用的交流電"例如!發(fā)電廠提供的電能是正弦交流電的形式%收音機的語音廣播信號用到的高頻載波'是正弦波形%正弦信號發(fā)生器所輸出的信號電壓!也是隨時間按正弦規(guī)律變化的"第! #正弦交流電的三要曲線!該曲線可用式"表示)! "$式!!表瞬時大小!稱瞬時值*表示瞬!稱!表正弦電流的角頻.*.量的三要素!它們分別表示正弦交流電變化的幅度快慢和初始狀態(tài)"下面分別加以說明幅

OωtωOωtω/角頻和頻率的含義"周期'是正弦量變化一周期所需要的時間!周期'越大!波形變化越慢%反 越小!波形變化越快!周期的單位是秒wwwPLCworld頻率表示每秒時間內(nèi)正弦量重復(fù)變化的次數(shù)"頻率越大!正弦量變化越快!反之""2#53wwwPLCworld周期和頻率互為倒數(shù)!或' (或

"我國發(fā)電廠提供的電能規(guī)定頻率 !則每變化一周所需要的時間+!!!'

"/初相式"中的.稱為正弦量的相位角!簡稱相位!相位角是時間的函數(shù)"時間起點有關(guān)"通常規(guī)定正弦量由負(fù)值變化到正值經(jīng)過的零點為該正弦量的零點!由正$所以初相位的取值范圍一般規(guī)定為 波形" uuOuO?uO? 圖!$初相其.!$負(fù)有果大負(fù)有果大 !正弦交流電的有效無論在測量上還是使用上!用瞬時值或最大值表示交流電在電路里產(chǎn)生的效果 械*光等效應(yīng)既不確切也不方便"為了使交流電的大小能反映它在電路中做功的 wwwPLCworld工技術(shù)中常用有效值表示交流電量的量值!如常用的交流電壓1等都值有效值是從電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的"在電工技術(shù)中!電流常表現(xiàn)出其熱效應(yīng)"如個!通過電阻在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量!與另一個直流電流#通過同樣如上所敘可'$"'.由此可得出交流電流的有效

槡 !' 槡設(shè)!!

!$ "' !' 槡槡'同

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"第! ,

"$由上述#個式子表明!正弦交流電的有效值等于它的最大值的'倍定電流都是有效值!一般交流電流表和電壓表的刻度也是指它的有效值"$$!" 它的頻率*周期*角$率*幅值*有效值及初相位各為多少,畫出波形圖 角頻 !頻 (周 '(

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幅 #*有效 #*$初相 $該電流的波形圖如圖"$所示

圖!

例!#的$正弦交流電的相位及相位在的表達(dá)式!中PLolc.稱為正弦量的相位角!簡稱相"個同頻率的正弦交流電在任何瞬時的相位角之差或初相位角之差稱為相位差!"示")! ")和!的相位

"$$"! "ui? ?圖!&相位初相位" !的!即不是同時到達(dá)正的幅值或.值"圖中!可見)!先到達(dá)正的幅值稱)比!超前角!或者!比滯后角思考與練什么是正弦交流電的幅值%角頻率%初相位/有效值是怎樣規(guī)定/什么是相位差 正