項目五三相正弦交流電路2024年12月校訓(xùn)：志存高遠(yuǎn)

技能報國項目五

三相正弦交流電路任務(wù)導(dǎo)入三相交流電路是由三相電源發(fā)電、三相線路輸電、配電的電路組成。所謂三相電源，就是能產(chǎn)生三相電壓、能輸出三相電流的電源；而三相電流（或三相電壓），則是三個角頻率相同，但是相位不同的正弦交流電流（或正弦交流電壓）的統(tǒng)稱。三相制電力系統(tǒng)自從19世紀(jì)末問世以來，經(jīng)過了長時間的發(fā)展，目前，世界各國電力系統(tǒng)中電力的產(chǎn)生、輸送和分配的過程中絕大多數(shù)都采用了三相制，已經(jīng)幾乎完全規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，并且被廣泛地應(yīng)用于發(fā)電、輸電、配電和動力用電等方方面面。它的三個主要構(gòu)成部分分別是：三相電源、三相負(fù)載以及三相輸電線路。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)導(dǎo)入在日常生活中，我們通常情況下使用的是單相交流電，比如家中的插座里面的交流電，實際上我們使用的單相交流電是三相交流電供電系統(tǒng)中的一相，這是因為在輸電方面，在輸電距離一樣、電壓等級一樣、輸電功率一樣的條件下，三相輸電方式比單相輸電方式更加節(jié)省材料；而在發(fā)電方面，容量相同的三相交流發(fā)電機對比起功率相同的單相交流發(fā)電機，其體積更小、成本更低，其本身也具有運行可靠、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點；在用電電動機方面，三相交流電動機比單相交流電動機性能更好、正常運行時轉(zhuǎn)矩輸出更平穩(wěn)。項目五

三相正弦交流電路教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解并掌握三相正弦交流電路的構(gòu)成形式及基本特點。2.掌握三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接方法及接線制。3.掌握三相正弦交流電路不同聯(lián)接法中線電壓（電流）與相電壓（電流）在大小和相位上的關(guān)系特點，能夠做出線電壓（電流）與相電壓（電流）的完整相量圖。4.掌握三相正弦交流電路中負(fù)載功率的計算方法。5.了解并掌握簡單的對稱三相正弦交流電路的計算方法。6.了解不對稱三相正弦交流電路的一些特點。能力目標(biāo)增強學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)以致用、將所學(xué)知識應(yīng)用于生活當(dāng)中解決問題的實踐能力。項目五

三相正弦交流電路教學(xué)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、邏輯思維，通過學(xué)習(xí)日常生活中接觸到的三相交流電的各種知識，增強學(xué)生好奇心，提高學(xué)生對電工學(xué)的興趣思政目標(biāo)讓學(xué)生確切感受到知識就是生產(chǎn)力，提高學(xué)習(xí)知識的濃厚興趣；強化學(xué)生用電安全的重要性，為以后工作培養(yǎng)安全意識；提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)；增強學(xué)生愛國精神。項目五

三相正弦交流電路重難點1.三相正弦交流電路的構(gòu)成形式2.三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接方法3.三相正弦交流電路不同聯(lián)接法中線電壓（電流）與相電壓（電流）的在大小和相位上的關(guān)系特點，以及線電壓（電流）與相電壓（電流）的相量圖作圖4.簡單的對稱三相正弦交流電路的計算方法項目五

三相正弦交流電路任務(wù)一三相正弦交流電壓知識目標(biāo)了解并掌握三相正弦交流電壓的產(chǎn)生，能夠明確把握本章將要學(xué)習(xí)的三相正弦交流電壓和電流的波形圖和上一章已經(jīng)學(xué)習(xí)過的正弦交流電壓和電流的波形圖的區(qū)別以及相同之處。能力目標(biāo)能夠熟練地對上一章所學(xué)過的正弦交流電路的內(nèi)容融會貫通，進(jìn)而更深刻地理解三相正弦交流帶電路的特點。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生探究精神，增強學(xué)生舉一反三、靈活運用知識的能力。思政目標(biāo)通過總結(jié)復(fù)習(xí)單相正弦交流電路的知識推導(dǎo)、學(xué)習(xí)三相正弦交流電路知識這一過程，能夠理解到其實在任何學(xué)科知識的學(xué)習(xí)中、乃至生活中，往往需要培養(yǎng)一種融會貫通的能力。讀書不能讀死書，不能生搬硬套、刻舟求劍，而是要學(xué)會具體情況具體分析、對癥下藥、量體裁衣。在遇到?jīng)]有見過的問題時，往往需要利用以往的經(jīng)驗，或者所學(xué)的知識，融會貫通，才有不斷提升自己的實際能力，為實現(xiàn)國家的民族夢而貢獻(xiàn)出一份堅實的力量。重難點理解并掌握三相正弦交流電路相對于單相正弦交流電路的區(qū)別。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)一三相正弦交流電壓（一）三相正弦交流電壓的產(chǎn)生以及特點三相正弦交流電是由三相交流發(fā)電機發(fā)出的，其基本原理和單相交流電機一樣，也是法拉第電磁感應(yīng)原理。三相交流發(fā)電機也是由一個可以自由轉(zhuǎn)動的電樞和固定的電極構(gòu)成（當(dāng)然，實際上也存在固定電樞、旋轉(zhuǎn)磁極式電機）。不同的是，三相交流發(fā)電機的電樞繞組有三個，即有三個繞組線圈，如左圖所示，為從正面看過去三個線圈的主視圖。為了方便作區(qū)分，我們將這三個線圈分別命名為U1-U2、V1-V2、W1-W2。三個線圈的首端，即U1、V1、W1相互之間在空間上相差了120°。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)一三相正弦交流電壓（一）三相正弦交流電壓的產(chǎn)生以及特點

當(dāng)電樞以角速度ω逆時針旋轉(zhuǎn)時，由于三個線圈在空間位置上相互之間隔了120°，因此當(dāng)線圈U1-U2上面的感應(yīng)出來的正弦交流電動勢eu達(dá)到最大值時，線圈V1-V2則還需要再轉(zhuǎn)過120°后其上感應(yīng)出的正弦交流電動勢ev才能到達(dá)最大值；而此時此刻線圈W1-W2則還需要再轉(zhuǎn)過240°后其上感應(yīng)出的正弦交流電動勢ew才能到達(dá)最大值。由于它們各自的正弦交流電動勢到達(dá)最大值的先后順序不同，那么我們可以得到一個重要的結(jié)論：線圈U1-U2上的電動勢eu的相位超前于線圈V1-V2上的電動勢ev的相位120°電角度、線圈U1-U2上的電動勢eu的相位超前于線圈W1-W2上的電動勢ew的相位240°電角度（或者說線圈U1-U2上的電動勢eu的相位滯后于線圈W1-W2上的電動勢ew的相位120°電角度）。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)一三相正弦交流電壓（一）三相正弦交流電壓的產(chǎn)生以及特點由于上述的三個線圈除了相互之間在空間位置上差了120°以外，它們的結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)速度ω都相等，因此三個線圈各自產(chǎn)生的單相正弦交流電動勢應(yīng)該是頻率相同、最大值相同的，只有相位上存在差別。所以，如果我們假設(shè)線圈U1-U2上的電動勢eu的初相位為零、電動勢最大值為Em，則可以得到三相電動勢各自的表達(dá)式，我們分別用大寫字母U、V、W分別表示三相，三相電動勢表達(dá)式分別為它們的波形圖和相量圖上圖所示。除了用大寫字母U、V、W表示三相，在電氣工程中，還經(jīng)常使用大寫字母A、B、C來表示三相。這兩種表示方式都是可以的。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)一三相正弦交流電壓（二）三相正弦交流電壓的相序三相正弦交流電動勢依次到達(dá)最大值的順序稱之為相序。如果三個電動勢由超前到滯后按照U-V-W排序的相位關(guān)系，稱之為正相序，簡稱為正序，或者稱為順序；反之，如果三個電動勢由超前到滯后按照W-V-U排序，稱之為負(fù)相序，簡稱為負(fù)序，或者稱為逆序。三相電源相序發(fā)生改變時，將會導(dǎo)致聯(lián)接該三相電源的三相電動機改變旋轉(zhuǎn)方向，工業(yè)中經(jīng)常使用這種方法來控制電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。在今后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，如果沒有特殊說明，三相電路的相序均按照正序來處理。另外，在配電裝置中為了更好地區(qū)分U、V、W三相線路，通常情況下，會分別以黃色、綠色、紅色來分別表示U、V、W三相。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法知識目標(biāo)了解并掌握三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法，能夠熟記各種線路的名稱，并做到明確區(qū)分單相交流電路的聯(lián)接方式和三相交流電路的聯(lián)接方式。能力目標(biāo)能夠熟練以作圖的方式表示星形聯(lián)接或者三角形聯(lián)接，并將本節(jié)所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到生活當(dāng)中，利用電路知識分析一些常見的供電線路的聯(lián)接方式。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生開拓性思維，能夠主動嘗試將課本上所學(xué)的內(nèi)容去和生活中的實際應(yīng)用情況相結(jié)合。思政目標(biāo)通過對三相正弦交流電路的學(xué)習(xí)，明白我國近現(xiàn)代科技發(fā)展成果成效顯著且來之不易，當(dāng)珍惜。并在日后的學(xué)習(xí)中更加努力，早日成為推動祖國興旺發(fā)達(dá)的中流砥柱。重難點理解并掌握三相正弦交流電源、負(fù)載的星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（一）三相電源的聯(lián)接法和單相交流電源、直流電源不同，三相交流發(fā)電機的每一相都會產(chǎn)生電動勢，相當(dāng)于三個獨立的電源。這三個獨立的電源既可以同時給一個負(fù)載提供電能，也可以由其中某一個電源單獨地給負(fù)載提供電能。在實際應(yīng)用中，當(dāng)三個電源同時給負(fù)載供電時，這三個獨立的電源之間就需要以一定的方式把它們聯(lián)接起來，這樣才能向負(fù)載提供電能。三相電源有兩種聯(lián)接方式，分別為星形聯(lián)接（Y接）和三角形聯(lián)接（Δ接）。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（一）三相電源的聯(lián)接法1.三相電源的星形聯(lián)接（Y接）如左圖所示，三相電源的每一相的繞組線圈都有一個始端和一個末端，如果規(guī)定各相電壓參考方向都是由始端指向末端，則三相電壓的相位相互之間相差120°電角度。將三相電源的三相繞組線圈的末端U2、V2、W2聯(lián)接在一起，即為O點，而從三相繞組線圈的始端U1、V1、W1分別引出三根線路，用以聯(lián)接負(fù)載或者電力網(wǎng)。這種三相電源的聯(lián)接方式稱之為三相電源的星形聯(lián)接（Y接）。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（一）三相電源的聯(lián)接法1.三相電源的星形聯(lián)接（Y接）由三相電源始端U1、V1、W1分別引出三根線路，分別稱之為U相、V相、W相的相線或者端線，俗稱火線；而三相電源末端聯(lián)接形成的節(jié)點O稱之為中性點，簡稱中點，也可以用字母N來表示；從電源中性點O引出的線路（圖5.3中的虛線）稱之為中性線或者零線。在理想情況下，中性點上的電位為零，中性線電阻無限接近于零，其上的電位也為零。在實際中為了方便區(qū)分不同的線路，中性線通常情況下黑色或者白色來表示，而三根火線分別用黃色、綠色和紅色來表示。由三根火線和一根零線構(gòu)成的輸電方式稱之為三相四線制，這種輸電方式通常在低壓配電中使用；若不引出零線，僅由三根火線所構(gòu)成的輸電方式稱之為三相三線制，這種輸電方式通常在高壓輸電中使用。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（一）三相電源的聯(lián)接法1.三相電源的星形聯(lián)接（Y接）在三相三線制輸電線路中，三根火線都在向外輸出電能，而我們又知道，在電路中，只有形成閉合回路后電流才能夠流通，那么三相三線制供電方式是如何形成閉合回路來流通電流的呢？答案其實很簡單，在學(xué)習(xí)了正弦交流電路的內(nèi)容以后，我們知道不同正弦量之間是可以存在相位差的。在三相交流電路中，三根火線上對應(yīng)的三個正弦交流電流雖然頻率相等，但是相位不同，彼此之間時而電流方向相同，時而電流方向不同，相位差的存在使得三條火線可以彼此之間互為回路，這是直流電所無法實現(xiàn)的。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（一）三相電源的聯(lián)接法2.三相電源的三角形聯(lián)接（Δ接）如左圖所示，三相電源的三角形聯(lián)接，就是將該三相電源的每一相繞組線圈的末端和其后一相繞組線圈的始端相聯(lián)接，即U2-V1、V2-W1、W2-U1，三相繞組都按照這樣的聯(lián)接方式彼此相連，形成一個閉合的三角形路徑，再從三個聯(lián)接點，即三角形的三個頂點引出三根火線以聯(lián)接負(fù)載或者電力網(wǎng)。這種三相電源的聯(lián)接方式稱之為三相電源的三角形聯(lián)接（Δ接）。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（一）三相電源的聯(lián)接法2.三相電源的三角形聯(lián)接（Δ接）三相電源的三角形聯(lián)接（Δ接）雖然因為其內(nèi)部三相繞組首尾相接構(gòu)成了一個三角形回路，但是只要聯(lián)接方法是正確的，且三相電源的電壓是對稱的，則回路中的總電壓為零，即式子（5-2）（5-3）所示的情況。因此在正常情況下三相電源的三角形回路內(nèi)部是沒有電流流過的。但是，如果三相電源的電壓是不對稱的，哪怕只是略微的不對稱，比如有一相繞組首尾接反，由于該三角形回路內(nèi)沒有負(fù)載，則會形成很大的環(huán)形短路電流，從而導(dǎo)致發(fā)電機被燒毀。值得一提的是，三相發(fā)電機很少采用三角形接法，但是作為三相電源用的三相變壓器，不管是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接都會經(jīng)常用到。三角形聯(lián)接沒有中性點，自然也就沒有中性線或者零線。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（二）三相負(fù)載的聯(lián)接法工業(yè)生產(chǎn)中和日常生活中所使用的各種各樣的用電設(shè)備我們統(tǒng)一稱之為負(fù)載。而負(fù)載根據(jù)其對供電電源的要求，可以分為單相負(fù)載和三相負(fù)載。在我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中所使用的普通電器幾乎都是單相負(fù)載，比如電視、電燈、家用電風(fēng)扇、家用洗衣機等，它們的特點是只需要三相電源中的任意一相為其提供電能，這些單相負(fù)載用電器就可以正常工作了；而工廠、建設(shè)施工工地等使用的多為三相負(fù)載，比如三相同步電動機、三相異步電動機、三相電爐等，它們的特點是必須要三相電源中的三相同時為其提供電能，這些三相負(fù)載用電器才能夠正常工作。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（二）三相負(fù)載的聯(lián)接法如果三相電源每一相上所帶的負(fù)載電阻、電抗都相等，且具有相同的性質(zhì)，那么這樣的負(fù)載稱之為對稱三相負(fù)載；反之，則稱之為不對稱三相負(fù)載。從電力系統(tǒng)的運行角度說，我們希望三相負(fù)載總是對稱的或者說是接近對稱的。如果一個三相交流電路的電源、負(fù)載都是對稱的，那么我們稱這個三相電路為對稱三相交流電路。在之后的內(nèi)容中，如果沒有特別強調(diào)，則三相電路中的三相負(fù)載均指的是對稱三相負(fù)載。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（二）三相負(fù)載的聯(lián)接法1.三相負(fù)載的星形聯(lián)接（Y接）如左圖所示，將三個負(fù)載的始端分別接在三相電源的三根火線上，而把它們的末端聯(lián)接在一起，構(gòu)成中性點O’，并與零線聯(lián)接（僅采用三相四線制時）。這種負(fù)載的聯(lián)接方式稱之為三相負(fù)載的星形聯(lián)接（Y接）。任務(wù)二三相電源、三相負(fù)載的聯(lián)接法項目五

三相正弦交流電路（二）三相負(fù)載的聯(lián)接法2.三相負(fù)載的三角形聯(lián)接（Δ接）如左圖所示，將三個負(fù)載首尾依次相接，接成三角形回路，再將三個聯(lián)接點，即三角形的三個頂點分別與三相電源的三根火線相連，這就構(gòu)成了三相負(fù)載的三角形聯(lián)接（Δ接）。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系知識目標(biāo)在本節(jié)內(nèi)容中，我們將會學(xué)習(xí)四個新的概念，分別是線電壓、線電流、相電壓、相電流，它們都是描述三相正弦交流電路的基本物理量。我們將應(yīng)用相量法，并主要從它們的大小關(guān)系、相位關(guān)系兩個方面著手，圍繞星形聯(lián)接（Y接）和三角形聯(lián)接（Δ接）兩種聯(lián)接方式，討論這四個三相正弦交流電路的基本物理量。能力目標(biāo)能夠運用相量法的手段對三相正弦交流電路的線電壓、線電流、相電壓、相電流進(jìn)行分析。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)形結(jié)合能力，學(xué)會用具體的相量法作圖來表述和分析各電壓、電流相量之間的關(guān)系。思政目標(biāo)通過對三相正弦交流電路的學(xué)習(xí)，明白我國近現(xiàn)代科技發(fā)展成果成效顯著且來之不易，當(dāng)珍惜。并在日后的學(xué)習(xí)中更加努力，早日成為推動祖國興旺發(fā)達(dá)的中流砥柱。重難點理解并掌握相三相正弦交流電路的線電壓、線電流、相電壓、相電流的定義，并能夠熟練運用相量法作圖對線電壓、線電流、相電壓、相電流之間的大小、相位關(guān)系進(jìn)行分析。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（一）相電壓Up和相電流Ip1.相電壓Up在三相電路中，三相電源每一相的電壓，或者每一相負(fù)載上的電壓稱之為相電壓。符號用大寫字母U加上角標(biāo)小寫字母p表示，即Up。（1）星形聯(lián)接（Y接）中的相電壓Up以三相電源的相電壓為例。如左圖所示，作星形聯(lián)接（Y接）的三相電源，其每一相的電壓分別為UU、UV、UW，它們就是該三相電源的相電壓。三相負(fù)載同理，每一相上的電壓稱為對應(yīng)相的相電壓。因為除了用大寫字母U、V、W表示三相，還可以用大寫字母A、B、C來表示三相。所以三相電源的相電壓還可以表示為UA、UB、UC。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（一）相電壓Up和相電流Ip1.相電壓Up（2）三角形聯(lián)接（Δ接）中的相電壓Up以三相負(fù)載的相電壓為例。如左圖所示，作三角形聯(lián)接（Δ接）的三相對稱負(fù)載，其每一相的電壓分別為U1、U2、U3，他們就是三相負(fù)載的相電壓。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（一）相電壓Up和相電流Ip2.相電流Ip在三相電路中，流經(jīng)三相電源每一相的電流，或者流經(jīng)負(fù)載每一相的電流，稱之為相電流。符號用大寫字母I加上角標(biāo)小寫字母p表示，即Ip。對于星形聯(lián)接（Y接）和三角形聯(lián)接（Δ接）中的相電流，就不再贅述，請讀者仿照星形聯(lián)接（Y接）和三角形聯(lián)接（Δ接）中的相電壓自行思考。值得一提的是，通常情況下，對于負(fù)載，相電壓和相電流取關(guān)聯(lián)參考方向，即相電壓和相電流保持相同方向；而對于電源，相電壓和相電流取非關(guān)聯(lián)參考方向，即相電壓和相電流保持相反方向。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（二）線電壓Ul和線電流Il1.線電壓Ul在三相電路中，任意兩根火線之間的電壓稱之為線電壓，用大寫字母U加上角標(biāo)小寫字母表示，即Ul。在三相電路中，無論是星形聯(lián)接（Y接）還是三角形聯(lián)接（Δ接），無論是三相電源還是三相負(fù)載，對于線電壓的定義都是一樣的，即“兩根火線之間的電壓”。為了更加清晰地搞清楚三相電壓的方向以及各種關(guān)系，我們這里用順序更清晰明了的字母A、B、C來表示三相。如上圖所示，以星形聯(lián)接（Y接）的三相電源為例，A相火線和B相火線之間的電壓UAB是A、B兩相之間的線電壓；B相火線和C相火線之間的電壓UBC是B、C兩相之間的線電壓；C相火線和A相火線之間的電壓UCA是C、A兩相之間的線電壓。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（二）線電壓Ul和線電流Il2.線電流Il在三相電路中，火線上的電流，稱之為線電流。用大寫字母I加上角標(biāo)小寫字母l表示，即Il。在三相電路中，無論是星形聯(lián)接（Y接）還是三角形聯(lián)接（Δ接），無論是三相電源還是三相負(fù)載，對于線電流的定義也都是一樣的，即“每根火線上的電流”。如左圖所示，以三角形聯(lián)接（Δ接）的三相負(fù)載為例，三根火線上流過的電流IA、IB、IC分別是三相火線上的線電流。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中以左圖星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相電源為例，在星形聯(lián)接法中，若假設(shè)A、B、C三相的電源電壓分別為UA、UB、UC，即三相電源的相電壓；A相火線和B相火線之間的電壓UAB是A、B兩相之間的線電壓；B相火線和C相火線之間的電壓UBC是B、C兩相之間的線電壓；C相火線和A相火線之間的電壓UCA是C、A兩相之間的線電壓。則根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL）對非閉合路徑應(yīng)用的方法，我們可以得出線電壓UAB、UBC、UCA和A、B、C三相的電源相電壓UA、UB、UC之間的關(guān)系，它們之間的關(guān)系通過相量形式表示如下任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中我們已經(jīng)知道，對稱三相電源的三相電壓最大值、頻率都相等，只有相位彼此之間相差120°電角度。這里為了方便計算分析，不妨假設(shè)三相電源的A相相電壓UA的初相位為0°，則B相相電壓UB初相位為-120°，C相相電壓UC初相位為-240°或者+120°。做出三相電源三個相電壓的相量圖左圖所示任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中通過相量運算，得到線電壓UAB、UBC、UCA的相量，并將它們畫在和相電壓相量一個相量圖中，進(jìn)而分析出不同相量之間的幾何關(guān)系，如左圖所示。根據(jù)我們在數(shù)學(xué)上所學(xué)過的平面幾何的知識可以清晰地看到，除了已經(jīng)知道的相電壓UA、UB、UC的初相位分別為0°、-120°、120°以外，我們還得到的了三個線電壓UAB、UBC、UCA的初相位，它們分別為30°、-90°、150°。除此之外，根據(jù)余弦定理，我們還可以在圖中計算出，三個線電壓UAB、UBC、UCA所對應(yīng)的三個相量的模值（相量的長度），應(yīng)該是三個相電壓UA、UB、UC對應(yīng)的三個相量地模值的

倍。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中因為相量的模值代表該相量所表示的正弦量的具體數(shù)值的大小，因此我們可以得到在該星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相電源中的三個相電壓與三個線電壓的大小關(guān)系為從更普遍的角度來看，對于任意的星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相正弦交流電源或?qū)ΨQ三相負(fù)載，它們每一相的相電壓和對應(yīng)的線電壓的大小，都滿足以下關(guān)系任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中我們在線電壓與對應(yīng)相電壓大小關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用相量法的知識，通過相量形式表示出三個相電壓UA、UB、UC和三個線電壓UAB、UBC、UCA的相位關(guān)系如下從更普遍的角度來看，對于任意的星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相正弦交流電源或?qū)ΨQ三相負(fù)載，它們每一相的相電壓和對應(yīng)的線電壓的大小與相位之間，都滿足以下關(guān)系任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系2.在三角形聯(lián)接（Δ接）中以左圖三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相電源為例，在三角形聯(lián)接法中，若假設(shè)A、B、C三相的電源相電壓分別為UA、UB、UC，根據(jù)線電壓的定義可以得到，A相火線和B相火線之間的電壓UAB是A、B兩相之間的線電壓；B相火線和C相火線之間的電壓UBC是B、C兩相之間的線電壓；C相火線和A相火線之間的電壓UCA是C、A兩相之間的線電壓。仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，由于A相相電壓UA和A、B兩相之間的線電壓UAB是并聯(lián)關(guān)系，而并聯(lián)具有電壓相等的特點，因此A相相電壓UA等于A、B兩相之間的線電壓UAB。同理B相相電壓UB等于B、C兩相之間的線電壓UBC，C相相電壓UC等于C、A兩相之間的線電壓UCA。應(yīng)該注意的是，這里說“等于”，既指大小相等，也指相位相等。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（三）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電壓與相電壓的關(guān)系2.在三角形聯(lián)接（Δ接）中因此，對于該三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相電源，其每一相的相電壓等于對應(yīng)的線電壓，用式子表示如下從更普遍的角度來看，對于任意的三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相正弦交流電源或?qū)ΨQ三相負(fù)載，它們每一相的相電壓和對應(yīng)的線電壓的大小與相位之間，都滿足以下關(guān)系任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（四）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電流與相電流的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中以三相星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相電源為例，在星形聯(lián)接法中，若假設(shè)流過A、B、C三相的電源電流分別為IpA、IpB、IpC，則根據(jù)相電流的定義可以知道，它們分別為三星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相電源A、B、C三相的三個相電流；再假設(shè)流過A、B、C三根火線的電流分別為IlA、IlB、IlC，則根據(jù)線電流的定義可以知道，它們分別是流過三相火線A、B、C的三個線電流。仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，由于A相電源相電流IpA和A相火線線電流IlA之間是串聯(lián)關(guān)系，而串聯(lián)具有電流相等的特點，因此A相電源相電流IpA等于A相火線線電流IpA。同理B相電源相電流IpB等于B相火線線電流IlB；C相電源相電流IpC等于C相火線線電流IlC。應(yīng)該注意的是，和在三角形聯(lián)接（Δ接）中的線電壓和相電壓一樣，這里說“等于”，既指大小相等，也指相位相等。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（四）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電流與相電流的關(guān)系1.在星形聯(lián)接（Y接）中因此，對于該星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相電源，其每一相的相電流等于對應(yīng)的線電流，用式子表示如下從更普遍的角度來看，對于任意的星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相正弦交流電源或?qū)ΨQ三相負(fù)載，它們每一相的相電流和對應(yīng)的線電流的大小與相位之間，都滿足以下關(guān)系任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（四）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電流與相電流的關(guān)系2.在三角形聯(lián)接（Δ接）中如左圖所示，以對外聯(lián)接了對稱三相負(fù)載的三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相電源為例，在三角形聯(lián)接法中，若假設(shè)流過A、B、C三相的電源電流分別為IpA、IpB、IpC，則根據(jù)相電流的定義可以知道，它們分別為三星形聯(lián)接（Y接）的對稱三相電源A、B、C三相的三個相電流；再假設(shè)流過A、B、C三根火線的電流分別為IlA、IlB、IlC，則根據(jù)線電流的定義可以知道，它們分別是流過三相火線A、B、C的三個線電流。根據(jù)基爾霍夫電流定律（KCL），我們可以得出線電流IlA、IlB、IlC和A、B、C三相的電源相電流IpA、IpB、IpC之間的關(guān)系，它們之間的關(guān)系通過相量形式表示如下任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（四）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電流與相電流的關(guān)系2.在三角形聯(lián)接（Δ接）中根據(jù)式子（5-14）可得該對稱三相電源中線電流相量與相電流相量之間的關(guān)系，通過相量運算，可以得到線電流IlA、IlB、IlC的相量，并將它們畫在和相電壓相量同一個相量圖中，進(jìn)而分析出不同相量之間的關(guān)系，如左圖所示。從相量圖中，結(jié)合我們在數(shù)學(xué)上所學(xué)過的平面幾何的知識，可以清晰地看出，除了已經(jīng)知道的相電流IpA、IpB、IpC的初相位分別為0°、-120°、120°以外，我們還得到的了三個線電流IlA、IlB、IlC的初相位，它們分別為-30°、-150°、90°。除此之外，根據(jù)余弦定理，我們還可以在圖中計算出，三個線電流IlA、IlB、IlC所對應(yīng)的三個相量的模值，應(yīng)該是三個相電流IpA、IpB、IpC對應(yīng)的三個相量模值的

倍。任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（四）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電流與相電流的關(guān)系2.在三角形聯(lián)接（Δ接）中因為相量的模值代表該相量所表示的正弦量的具體數(shù)值的大小，因此我們可以得到在該三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相電源中的三個相電流與三個線電流的大小關(guān)系為從更普遍的角度來看，對于任意的三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相正弦交流電源或?qū)ΨQ三相負(fù)載，也即對于任意的對稱三相電路，它們每一相的相電流和對應(yīng)的線電流的大小之間，都滿足以下關(guān)系任務(wù)三線電壓（電流）與相電壓（電流）的關(guān)系項目五

三相正弦交流電路（四）在星形聯(lián)接（Y接）中和在三角形聯(lián)接（Δ接）中和線電流與相電流的關(guān)系2.在三角形聯(lián)接（Δ接）中我們在式子線電流與對應(yīng)相電流大小關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用相量法的知識，通過相量形式表示出三個相電流IpA、IpB、IpC和三個線電流IlA、IlB、IlC的相位關(guān)系如下從更普遍的角度來看，對于任意的三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相電路，它們每一相的相電流和對應(yīng)的線電流的大小與相位之間，都滿足以下關(guān)系任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率知識目標(biāo)結(jié)合單相正弦交流電路所學(xué)的知識，理解對稱三相正弦交流電路的有功功率、無功功率、視在功率的含義，以及它們與單相正弦交流電路中的有功功率、無功功率、視在功率的含義的關(guān)系，掌握對稱三相正弦交流電路有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)的計算方法。能力目標(biāo)能夠靈活地將單相正弦交流電路所學(xué)的知識進(jìn)行遷移到三相正弦交流電路的學(xué)習(xí)當(dāng)中，并能夠根據(jù)所給定的三相正弦交流電路的具體條件，熟練地計算出該三相正弦交流電路的有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、知識遷移的能力，能夠聯(lián)系之前所需的過的內(nèi)容增加對新學(xué)的內(nèi)容的理解。思政目標(biāo)通過對在當(dāng)今世界當(dāng)中起到重要作用的三相正弦交流電路的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)知識以及職業(yè)素養(yǎng)，為將來升學(xué)或就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的工作態(tài)度。重難點理解并掌握對稱三相正弦交流電路中有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)的計算方法，能夠根據(jù)給定條件計算對稱三相正弦交流電路的有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（一）三相正弦交流電路的功率因數(shù)和功率因數(shù)角和在單相正弦交流電中一樣，功率因數(shù)用符號λ表示，其計算公式為平均功率P和視在功率S之比。我們知道，單相正弦交流電路的功率因數(shù)λ等于端口電壓超前于電流的相位角φ的余弦值，所以這個相位角φ又稱作功率因數(shù)角。但是對于三相正弦交流電路，每一相所對應(yīng)的功率因數(shù)角φ，應(yīng)該是對應(yīng)相中，相電壓超前于相電流的相位角，而不是某一線電壓與某一線電流、某一線電壓與某一相電流之間的相位角之差。由于相電壓（電流）和線電壓（電流）之間不僅大小存在倍數(shù)關(guān)系，并且還存在相位差，因此這點應(yīng)該尤其注意。也正因如此，在三相正弦交流電路中，功率因數(shù)角φ有時會下加角標(biāo)p，即φp，用以表示該功率因數(shù)角是相電壓與相電流之間的相位差。此時功率因數(shù)，也就是功率因數(shù)角的余弦值，應(yīng)該寫作cosφp。今后若不特別強調(diào)，在三相正弦交流電路中所提及的功率因數(shù)角φ均指φp。在對稱三相正弦交流電路中，各相的功率因數(shù)、功率因數(shù)角均相等。任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（二）三相正弦交流電路的平均功率（有功功率）、瞬時功率、無功功率以及視在功率三相正弦交流電路的平均功率（有功功率），指的是三相火線各自所接負(fù)載所消耗的平均功率（有功功率）之和。相同地，三相正弦交流電路的瞬時功率、無功功率、視在功率以及復(fù)功率，也都等于三相火線各自所接負(fù)載所消耗的瞬時功率、無功功率、視在功率以及復(fù)功率之和。不管是三相所帶的負(fù)載是采用星形聯(lián)接（Y接）還是三角形聯(lián)接（Δ接），每一相，也就是單相的負(fù)載上所消耗的瞬時功率、平均功率（有功功率）、無功功率、視在功率以及復(fù)功率的計算方法都和我們之前在單相正弦交流電路中所學(xué)過的計算方法相同。并且，單相正弦電路中平均功率的守恒性和無功功率的守恒性，或者說是復(fù)功率的守恒性，在三相正弦交流電路中也同樣適用。任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（二）三相正弦交流電路的平均功率（有功功率）、瞬時功率、無功功率以及視在功率根據(jù)上述的平均功率守恒原理可以知道，一個三相負(fù)載所消耗的總平均功率應(yīng)該等于U、V、W三相各自所消耗的平均功率之和，即對于對稱三相正弦交流電路，其平均功率用相電壓、相電流可以表示為如果使用線電壓、線電流，其平均功率又可以表示為1.平均功率（有功功率）任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（二）三相正弦交流電路的平均功率（有功功率）、瞬時功率、無功功率以及視在功率一個三相負(fù)載所消耗的實際瞬時功率p，應(yīng)該等于其三相各相上所消耗的瞬時功率之和，即設(shè)對稱三相負(fù)載的三相功率分別為通過數(shù)學(xué)手段化簡可得2.瞬時功率任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（二）三相正弦交流電路的平均功率（有功功率）、瞬時功率、無功功率以及視在功率由上式可以看到，三相各自的瞬時功率之和是不隨自變量t變化的常數(shù)，其大小等于三相電路的平均功率（有功功率）。對稱三相電路瞬時功率的平衡性是其重要的優(yōu)點之一。因為平均功率（有功功率）是設(shè)備實際利用轉(zhuǎn)換了的功率，所以維持平均功率恒定，就使得諸如三相電動機等三相負(fù)載在運行時，其輸出的瞬時電磁轉(zhuǎn)矩恒定，動力輸出平穩(wěn)均勻。2.瞬時功率任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（二）三相正弦交流電路的平均功率（有功功率）、瞬時功率、無功功率以及視在功率根據(jù)無功功率守恒原理可以知道，一個三相負(fù)載所消耗的總無功功率應(yīng)該等于U、V、W三相各自所消耗的無功功率之和，即對于對稱三相正弦交流電路，根據(jù)在單相正弦交流電路中無功功率的計算公式可知，其無功功率用相電壓、相電流可以表示為如果使用線電壓、線電流來表示無功功率，和三相電路平均功率（有功功率）的計算公式一樣，無論電路是星形聯(lián)接（Y接）還是三角形聯(lián)接（Δ接），其無功功率都可以表示為3.無功功率任務(wù)四三相正弦交流電路中的功率項目五

三相正弦交流電路（二）三相正弦交流電路的平均功率（有功功率）、瞬時功率、無功功率以及視在功率在三相電路中，每一相所消耗的視在功率的計算方法與單相正弦交流電路中視在功率的計算方法相同。三相負(fù)載所消耗的總視在功率應(yīng)該等于U、V、W三相各自所消耗的視在功率之和，即對于對稱三相正弦交流電路，三相所消耗的視在功率相等，總視在功率用相電壓、相電流可以表示為使用線電壓、線電流可以表示為4.視在功率任務(wù)五簡單對稱三相正弦交流電路的分析計算知識目標(biāo)結(jié)合單相正弦交流電路所學(xué)的電路分析與計算的方法，嘗試進(jìn)行知識遷移，將單相正弦交流電路的計算分析方法拓展延伸到三相正弦交流電路當(dāng)中，并結(jié)合三相正弦交流電路相對于單相正弦交流電路所獨有的特點，學(xué)會初步的三相正弦交流電路分析計算方法。能力目標(biāo)能夠結(jié)合所學(xué)的知識，根據(jù)三相正弦交流電路的具體情況對電路做出分析和計算。素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、實踐操作的能力，能夠聯(lián)系之前所需的過的內(nèi)容增加對新學(xué)的內(nèi)容的理解。思政目標(biāo)通過對在當(dāng)今世界當(dāng)中起到重要作用的三相正弦交流電路的計算方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，增強學(xué)生職業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生對電路定量分析的能力。通過不斷深入學(xué)習(xí)自然科學(xué)，強化學(xué)生對馬克思主義辨證唯物論的理解，堅定學(xué)生的道標(biāo)與理想信念。重難點掌握根據(jù)三相正弦交流電路具體聯(lián)接情況、具體分析計算的能力，而不是生搬硬套；能夠?qū)⒃趩蜗嗾医涣麟娝鶎W(xué)到的知識活地運用在三相正弦交流電路的分析計算當(dāng)中。項目五

三相正弦交流電路任務(wù)五簡單對稱三相正弦交流電路的分析計算項目五

三相正弦交流電路（一）Y-Y聯(lián)接的對稱三相正弦交流電路對稱三相正弦交流電路實際上是一種復(fù)雜的正弦電路，也算是一種特殊類型的正弦交流電路。因此，我們在項目四中討論的單相正弦電路的基本理論、基本定理以及分析方法，對于三相正弦交流電路而言完全使用。在分析對稱三相電路時，要學(xué)會利用對稱三相電路的一些特點，合理地簡化三相電路的分析計算。Y-Y聯(lián)接的對稱三相正弦交流電路指的是，電源是對稱三相電源、負(fù)載是對稱三相負(fù)載，且電源和負(fù)載都采用星形聯(lián)接（Y接）。任務(wù)五簡單對稱三相正弦交流電路的分析計算項目五

三相正弦交流電路（一）Y-Y聯(lián)接的對稱三相正弦交流電路分析方法：由于對稱三相電路采用三相四線制時，零線上沒有電流，即Uoo’=0，負(fù)載中性點O’和電源中性點O電位相等，可以直接短接，即可以把負(fù)載中性點O’和電源中性點O揉在一起，認(rèn)為這兩個點是共同的點。這時很顯然，每一相的負(fù)載上所流過的電流就等于電源單相相電壓除以該相負(fù)載的電阻阻值。因此可以將三相電路中的任意一相從總電路中單獨摘出來，作為單相正弦交流電路來計算。如左下圖所示，即為將左上圖三相電路中U相單獨摘出來后形成的單相等效電路。任務(wù)五簡單對稱三相正弦交流電路的分析計算項目五

三相正弦交流電路（二）對于包含三角形聯(lián)接（Δ接）的對稱三相交流電路分析計算方法簡介和只包含星形聯(lián)接（Y接）的Y-Y聯(lián)接的對稱三相正弦交流電路不同，當(dāng)對稱三相電路包含三角形聯(lián)接的電源、三角形聯(lián)接的負(fù)載或是兩者都包括，就不方便把某一相單獨摘出來分析計算了。遇到這種情況，處理這一類電路的簡便方法是：把三相電源或三相負(fù)載的三角形聯(lián)接都根據(jù)一定的條件，等效地轉(zhuǎn)化為星形聯(lián)接（Y接），再按照Y-Y聯(lián)接的對稱三相正弦交流電路的計算方法，單獨摘出某一相形成單相等效電路來進(jìn)行計算，最后再回到原電路中計算待求量。如果三相電路中有多個對稱三相負(fù)載，或有兩組甚至兩組以上的對稱三相電源，一般情況下仍可按照上述辦法進(jìn)行分析計算，只是在這種情況下，摘出后形成的單相等效電路將會是一個有分支的電路。項目六常見半導(dǎo)體器件2024年12月校訓(xùn)：志存高遠(yuǎn)

技能報國【任務(wù)導(dǎo)入】電子技術(shù)中常用的元器件一般都是由半導(dǎo)體材料制成的，因而稱為半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件是在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的，具有體積小、質(zhì)量輕、使用壽命長、輸入功率小及轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。二極管和三極管是構(gòu)成集成電路的基礎(chǔ)單元，被廣泛應(yīng)用于各種電子電路中?！窘虒W(xué)目標(biāo)】知識目標(biāo)（1）掌握

PN

結(jié)的單向?qū)щ娦?。?）理解二極管的伏安特性曲線。（3）理解二極管、三極管的基本結(jié)構(gòu)和基本特性。（4）熟練掌握二極管、三極管的符號及用途。

能力目標(biāo)（1）能夠識別二極管的管腳，判斷二極管的好壞。（2）能夠區(qū)分三極管的類別，判斷三極管的管腳。

素質(zhì)目標(biāo)（1）養(yǎng)成在使用元器件前，先對元器件進(jìn)行質(zhì)量檢測的習(xí)慣。（2）在學(xué)習(xí)過程中做到認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。

思政目標(biāo)介紹我國在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的重大突破和成就，如華為海思的麒麟芯片、中芯國際的先

進(jìn)制程技術(shù)等。通過這些實例，讓學(xué)生認(rèn)識到我國在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上的快速發(fā)展和創(chuàng)新能力，

激發(fā)他們的民族自豪感和愛國情懷。重難點（1）二極管、三極管的識別與檢測。（2）二極管的單向?qū)щ娦浴＃?）三極管對電流的放大作用。任務(wù)

一

半導(dǎo)體二極管

知識目標(biāo)掌握二極管基本結(jié)構(gòu)和基本特性，并能理解其檢測方法。

能力目標(biāo)能掌握二極管識別及性能的檢測。

素質(zhì)目標(biāo)通過對各種二極管的檢測，學(xué)會對其質(zhì)量進(jìn)行評估。

思政目標(biāo)在介紹半導(dǎo)體二極管時，簡要概述半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢，包括技術(shù)進(jìn)步、市場需求、政策支持等方面。讓學(xué)生認(rèn)識到這一領(lǐng)域的重要性和發(fā)展?jié)摿?，激發(fā)他們對未來職業(yè)發(fā)展的興趣和期待。

一、半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識自然界的物質(zhì)按照導(dǎo)電性可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。而半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體

和絕緣體之間，我們常見的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。（

一

）半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體之所以被廣泛的應(yīng)用，是因為其具有熱敏性、光敏性和摻雜性。1.

熱敏特性當(dāng)環(huán)境溫度升高時,導(dǎo)電能力顯著增強。利用半導(dǎo)體對溫度十分敏感的特性，可做成溫

度敏感元件，如熱敏電阻。2.

光敏性當(dāng)受到光照時，導(dǎo)電能力明顯變化。利用這一特性可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等。3.

摻雜性在純凈的半導(dǎo)體中，摻入適量的雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。幾乎所有的半導(dǎo)體器件（如

二極管和三極管、場效應(yīng)管、

晶閘管以及集成電路等），都是采用摻有特定雜質(zhì)的半導(dǎo)體制作。（二）

PN

結(jié)純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體里摻入微量雜質(zhì)元素，導(dǎo)電性能會明顯提

高。根據(jù)摻入雜質(zhì)元素性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為

P

型半導(dǎo)體和

N

型半導(dǎo)體兩大類。

1.

P

型半導(dǎo)體P

型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（鍺）中摻入微量的三價硼元素，摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或

P

型半導(dǎo)體。2.N

型半導(dǎo)體N

型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中硅（鍺）摻入微量的五價磷元素，摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或

N

型半導(dǎo)體。3.

PN

結(jié)的形成通過一定的工藝把

P

型半導(dǎo)體和

N

型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，在它們的交界處形成一個具有特殊性能的薄層，稱為

PN

結(jié)。4.PN

結(jié)的單向?qū)щ娦訮N

結(jié)外加正向電壓，即P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，

稱為

PN

結(jié)正偏，如圖

6.1（a）所示。這時PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。如果PN結(jié)加反向電壓，即P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極，稱為PN結(jié)反偏，如圖6.1（b）所示。這時PN結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)。綜上所述，

PN結(jié)正偏導(dǎo)通，反偏截止，具有單向?qū)щ娦浴?/p>

二、二極管的伏安特性及主要參數(shù)二、二極管的伏安特性及主要參數(shù)PN

結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。將

PN

結(jié)加上引出線和管殼，就構(gòu)成了二極管。

P

區(qū)引出為正極（又稱陽極），N

區(qū)引出為負(fù)極（又稱陰極）。二極管的文字符號為VD，圖形

符號如圖

6.2所示。

（

一

）伏安特性二極管的伏安特性，即流過二極管的電流與二極管兩端電壓之間的關(guān)系。圖6.3

小功率硅二極管伏安特性曲線如圖6.3所示為小功率硅二極管的伏安特性曲線。既然二極管內(nèi)部是由一個PN

結(jié)所構(gòu)成，當(dāng)然具有單向?qū)щ娦?，從二極管的伏安特性曲線可知，當(dāng)二極管兩端加較小的正向電壓，二極管還不能導(dǎo)通，這一段稱為死區(qū)（硅管死區(qū)電壓小于0.5V，鍺管死區(qū)電壓小于0.1V

）。當(dāng)外加正向電壓超過死區(qū)電壓后，二極管處于正向?qū)顟B(tài)。導(dǎo)通時二極管的正向壓降變化不大，超過死區(qū)后，二極管中電流增大，二極管導(dǎo)通（硅二極管的導(dǎo)通電壓約為

0.7V，鍺管約為

0.3V

）。當(dāng)二極管兩端加反向電壓時，二極管處于反向截止區(qū)，反向電流幾乎為零，此時的二極

管并不是理想的截止?fàn)顟B(tài)，它有很小的反向電流，反向電流不隨反向電壓的增大而增大，而

基本保持不變，因此稱為反向飽和電流，記做

IS

。當(dāng)所加反向電壓過高，且大于反向擊穿電

壓VRM

時，反向電流在圖

6.3

中的

D

點處會突然劇增，這被稱為反向擊穿。此時，二極管可

能將被擊穿燒毀。普通二極管被擊穿后，

由于反向電流很大，

一般會造成“熱擊穿”，不能恢復(fù)原來性能，也就是失效了。從二極管的伏安特性曲線上可以看出：流過二極管的電流與加在二極管上的電壓不成比例，也就是說，二極管的內(nèi)阻不是一個定值。所以，二極管是一個非線性元件。（二）主要參數(shù)（1）最大整流電流

IF

（2）最高反向工作電壓

URM

此外，還有正向壓降、反向電流、工作頻率等參數(shù)。三、二極管的分類二極管的種類很多，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，劃分的類型也不同。（1）按使用的材料可以分為硅管和鍺管兩大類。（2）按二極管管型來劃分，可以分為

NPN

型二極管和

PNP

型二極管。（3）按用途來劃分，可以分為普通二極管和特殊二極管，常見的特殊二極管有穩(wěn)壓二極

管、發(fā)光二極管、開關(guān)二極管、光敏二極管等，圖形符號如下圖所示。1.

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，用于穩(wěn)定直流電壓。它工作在反向擊穿區(qū)域，主要是利用了

PN結(jié)反向擊穿時，兩端電壓基本保持不變的特性，采用特殊工藝制成的一種二極管。因為它工作在反向擊穿條件下，所以反向電流很大，

一般在外電路中取適當(dāng)?shù)南蘖鞔胧?，使穩(wěn)壓管能安全工作，如圖

6.5所示為穩(wěn)壓管的外形圖。圖

6.5

穩(wěn)壓二極管四、二極管的判別（

一

）外觀（目測法）（1）一般來說，我們可以觀察到，如圖6.9

所示，二極管有橫桿或者有色端標(biāo)識的一端

為負(fù)極。反之，另外一端為二極管正極。

圖6.9

二極管外形圖（2）直插式發(fā)光二極管的判斷，

如圖

6.10

所示，則長腳是正極，

短腳是負(fù)極。內(nèi)部大的

為負(fù)極，小的為正極。

圖6.10

發(fā)光二極管2.

發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱

LED

，是用特殊的半導(dǎo)體材料，發(fā)光二極管正常工作時，工作電流為10～30mA，正向電壓降

為1.5～

3V。圖6.6

為發(fā)光二極管外形圖。

圖

6.6

發(fā)光二極管3.

開關(guān)二極管開關(guān)二極管利用正向偏置時二極管電阻很小，反向偏置時電阻很大的單向?qū)щ娦?，在電路中對電流進(jìn)行控制，起到接通或關(guān)斷的開關(guān)作用。開關(guān)二極管主要應(yīng)用于收音機、電視機、影碟機等家用電器如圖

6.7所示。

圖

6.7

開關(guān)二極管圖

6.7

開關(guān)二極管4.

光敏二極管如圖6.8

所示光敏二極管的實物圖，其結(jié)構(gòu)與一般二極管相似，是一種采用PN結(jié)單向?qū)щ娦阅艿慕Y(jié)型光電器件，也叫光電二極管。能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換成電信號的探測器件，光敏二極管在電路中一般處于反向工作狀態(tài)。其具有體積小、重量輕、使用壽命長、靈敏度高等特點。

圖

6.8

光敏二極管圖

6.8

光敏二極管（二）萬用表檢測1.

二極管極性的測量圖6.11

用指針式萬用表簡易測二極管極性示意圖2.

二極管好壞的判定表6.1

二極管正、反向電阻值檢測分析表

檢測結(jié)果二極管狀態(tài)性能判斷正向電阻反向電阻二極管單向?qū)щ娬Ｚ呌跓o窮大趨于無窮大二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)斷開開路趨于零趨于零二極管正、負(fù)極之間已經(jīng)通路短路二極管正向電阻大反向電阻減小單向?qū)щ娦宰兞有阅茏兞尤蝿?wù)二

半導(dǎo)體三極管

知識目標(biāo)掌握三極管基本結(jié)構(gòu)和基本特性，并能理解其檢測方法。能力目標(biāo)能進(jìn)行三極管識別及性能的檢測。

素質(zhì)目標(biāo)初步掌握三極管的檢測方法，能夠?qū)ζ滟|(zhì)量進(jìn)行評估。

思政目標(biāo)講述三極管的誕生背景及其發(fā)明者——威廉·肖克利、沃爾特·布拉丹和約翰

·巴丁的故事。這三位科學(xué)家在1947

年美國貝爾實驗室通過不懈努力，成功發(fā)明了世界上第一只三極管，這一成就不僅標(biāo)志著電子技術(shù)的重大突破，也為后續(xù)的半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

一、三極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管簡稱三極管或晶體管，是放大電路的核心元件，主要功能是進(jìn)行電流放大

作用，是電流控制元件，其外形如下圖

6.12所示。

圖6.12

半導(dǎo)體三極管的外形三極管的基本結(jié)構(gòu)如下圖

6.13所示：在一塊半導(dǎo)體基片上,用一定的工藝方法形成兩個PN結(jié)，實際它就是有兩個靠的很近的PN結(jié)所構(gòu)成。圖

6.13三極管的結(jié)構(gòu)和符號二、三極管的伏安特性及主要參數(shù)（

一

）伏安特性三極管的伏安特性曲線是指各極電壓與電流之間的關(guān)系曲線。因為三極管的共射接法應(yīng)用最廣，故以NPN管共射接法為例來分析三極管的特性曲線。1.

輸入特性輸入特性是指在集射極之間電壓

UCE

為常數(shù)時，基極電流IB與基射極之間電壓UBE

的關(guān)系曲線

IB

=f(UBE

)│UCE=常數(shù)

，如圖6.14所示。

圖6.14

三極管共射極輸入特性曲線

從曲線圖中不難發(fā)現(xiàn)，

三極管與二極管正向特性相似，

也有一段死區(qū)電壓（硅管約

0.5V，鍺管約

0.2V

）。當(dāng)三極管正常工作時，發(fā)射結(jié)壓降變化不大，該壓降稱為導(dǎo)通電壓（硅管約

0.6～0.7V，鍺管約

0.2～

0.3V

）。圖6.14

三極管共射極輸入特性曲線從曲線圖中不難發(fā)現(xiàn)，

三極管與二極管正向特性相似，

也有一段死區(qū)電壓（硅管約

0.5V，鍺管約

0.2V

）。當(dāng)三極管正常工作時，發(fā)射結(jié)壓降變化不大，該壓降稱為導(dǎo)通電壓（硅管約

0.6～0.7V，鍺管約

0.2～

0.3V

）。2.輸出特性輸出特性是指在基極電流

IB

為常數(shù)時，

集電極電流

IC與集射極電壓UCE之間的關(guān)系曲線IC

=f(UCE

)∣IB=常數(shù)

。每一個IB值，有一條特性曲線與之對應(yīng)。三極管的輸出特性是一組曲線，如圖

6.15所示。

圖6.15

三極管輸出特性曲線在輸出特性曲線上可劃分為三個區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。圖6.15

三極管輸出特性曲線在輸出特性曲線上可劃分為三個區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。1

）放大區(qū)輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。處在放大狀態(tài)時，在三極管輸出特性曲線中，

除去飽和區(qū)與截止區(qū)，余下的部分稱為放大區(qū)，也就是特性曲線比較平坦的部分。在放大區(qū)

UCE

>UBE

，三極管的發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)處于反偏。這時集電極電流

IC

受基極電流

IB

的控制，并且遵循

IC

=βIB

的規(guī)律，這就是三極管具有放大作用。在放大區(qū)，當(dāng)IB恒定時，IC

基本不變，IC

隨UCE

的變化很小，這稱為三極管的恒流特性。2

）飽和區(qū)三極管處在飽和狀態(tài)下的特點是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也是正偏。IC不隨IB變化，稱為集電極飽和電流，記作ICS

，ICS主要由外電路決定。這時，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入了大量的電子，使基區(qū)的電子濃度高于集電區(qū)。集電結(jié)正向電壓建立的電場對基區(qū)電子向集電區(qū)運動，雖然有阻礙作用，但由于濃度差產(chǎn)生的擴(kuò)散作用，仍有電子從基區(qū)進(jìn)入集電區(qū)形成集電極電流，三極管飽和時，集電區(qū)收集電子的能力很差，基極電流IB

的變化不能影響集電極電流IC

，即IC不再受IB的控制，三極管這時丟失了放大作用。三極管工作在飽和狀態(tài)時的

UCE

電壓稱為集電極與發(fā)射極之間的飽和壓降，用UCES表示。小功率三極管

UCES

很小，硅管約

0.3V左右，鍺管約0.1V

左右，并且它隨IC的增加而略有增加。三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管相當(dāng)于開關(guān)的接通。3

）截止區(qū)在輸出特性中，IB=0的那條曲線與橫坐標(biāo)軸之間所夾區(qū)域稱為截止區(qū)。三極管處在截止區(qū)，三極管各極電流基本為零，各極之間如同斷開一樣，處于截止?fàn)顟B(tài)而不具有放大作用。處于截止區(qū)的條件：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，IB=0，IC=ICEO≈0；三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當(dāng)于開關(guān)斷開。（二）

三極管的主要參數(shù)三、三極管的分類三極管的種類很多，具體分類如下：（1）按制造材料分：可分為硅三極管和鍺三