电工电子技术基础教材

神华宁夏煤业集团灵新煤矿电工培训教材电工电子技术基础教材（第一版）主编：马润渊张奋目录1第一章安全用电2第二章直流电路基础21第三章正弦交流电路27第四章三相电路39第五章变压器54第六章电动机59第七章常用半导体65第八章基本放大电路72第九章集成运算放大器75第十章直流稳压电源78第十一章数制与编码81第十二章逻辑代数基础84第十三章门电路和组合逻辑电路第一章安全用电学习要点：了解电流对人体的危害掌握安全用电的基本知识掌握触点急救的方法1.1触电方式安全电压：36V和12V两种。一般情况下可采用36V的安全电压，在非常潮湿的场所或容易大面积触电的场所，如坑道内、锅炉内作业，应采用12V的安全电压。1.1.1直接触电及其防护直接触电又可分为单相触电和两相触电。两相触电非常危险，单相触电在电源中性点接地的情况下也是很危险的。其防护方法主要是对带电导体加绝缘、变电所的带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施。1.1.2间接触电及其防护间接触电主要有跨步电压触电和接触电压触电。虽然危险程度不如直接触电的情况，但也应尽量避免。防护的方法是将设备正常时不带电的外露可导电部分接地，并装设接地保护等。1.2接地与接零电气设备的保护接地和保护接零是为了防止人体接触绝缘损坏的电气设备所引起的触电事故而采取的有效。1.2.1保护接地电气设备的金属外壳或构架与土壤之间作良好的电气连接称为接地。可分为工作接地和保护接地两种。工作接地是为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作而进行的接地，如三相四线制电源中性点的接地。保护接地是为了防止电器设备正常运行时，不带电的金属外壳或框架因漏电使人体接触时发生触电事故而进行的接地。适用于中性点不接地的低压电网。1.2.2保护接零在中性点接地的电网中，由于单相对地电流较大，保护接地就不能完全避免人体触电的危险，而要采用保护接零。将电气设备的金属外壳或构架与电网的零线相连接的保护方式叫保护接零。第二章直流电路基础学习要点：了解电路的作用与组成部分；理解电路元件、电路模型的意义；理解电压、电流参考方向的概念；掌握电路中电位的计算；会判断电源和负载。并理解三种元件的伏安关系。掌握基尔霍夫定律，会用支路电流法求解简单的电路。理解电压源、电流源概念，了解电压源、电流源的联接方法，并掌握其等效变换法。掌握电阻串联、并联电路的特点及分压分流公式，会计算串并联电路中的电压、电流和等效电阻；能求解一些简单的混联电路。2.1电路和电路模型2.1.1电路电路是由各种元器件为实现某种应用目的、按一定方式连接而成的整体，其特征是提供了电流流动的通道。根据电路的作用，电路可分为两类：一类是用于实现电能的传输和转换。另一类是用于信号处理和传递。根据电源提供的电流不同电路还可以分为直流电路和交流电路两种。图2.1手电筒电路综上所述，电路主要由电源、负载和传输环节等三部分组成，如图2.1所示手电筒电路即为一简单的电路组成；电源是提供电能或信号的设备，负载是消耗电能或输出信号的设备；电源与负载之间通过传输环节相连接，为了保证电路按不同的需要完成工作，在电路中还需加入适当的控制元件，如开关、主令控制器等。2.1.2电路模型理想电路元件：突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件；把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想化的电路。即为实际电路的电路模型；用一个或几个理想电路元件构成的模型去模拟一个实际电路，模型中出现的电磁想象与实际电路中的电磁现象十分接近，这个由理想电路元件组成的电路称为电路模型。如图2.2所示电路为图2.1图2.2电路模型手电筒电路的电路模型。电路的构成：电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。（1）电源：把其他形式的能转换成电能的装置及向电路提供能量的设备，如干电池、蓄电池、发电机等。（2）负载：把电能转换成为其它能的装置也就是用电器即各种用电设备，如电灯、电动机、电热器等。（3）导线：把电源和负载连接成闭合回路，常用的是铜导线和铝导线。（4）控制和保护装置：用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关，熔断器、继电器等。2.2电路的基本物理量电路中的物理量主要包括电流、电压、电位、电动势以及功率。2.2.1电流及其参考方向带电质点的定向移动形成电流。电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。电流的实际方向习惯上是指正电荷移动的方向。电流分为两类：一是大小和方向均不随时间变化，称为恒定电流，简称直流，用I表示。二是大小和方向均随时间变化，称为交变电流，简称交流，用表示。对于直流电流，单位时间内通过导体截面的电荷量是恒定不变的，其大小为（2-1）对于交流，若在一个无限小的时间间隔内，通过导体横截面的电荷量为，则该瞬间的电流为（2-2）在国际单位制（SI）中，电流的单位是安培（A）。在复杂电路中，电流的实际方向有时难以确定。为了便于分析计算，便引入电流参考方向的概念。所谓电流的参考方向，就是在分析计算电路时，先任意选定某一方向，作为待求电流的方向，并根据此方向进行分析计算。若计算结果为正，说明电流的参考方向与实际方向相同；若计算结果为负，说明电流的参考方向与实际方向相反。图2.3表示了电流的参考方向（图中实线所示）与实际方向（图中虚线所示）之间的关系。(a)(b)图2.3电流参考方向与实际方向例2.1如图2.4所示，电流的参考方向已标出，并已知I1=－1A，I2=1A，试指出电流的实际方向。解：I1=－1A<0，则I1的实际方向与参考方向相反，应由点B流向点A。I2=1A>0，则I2的实际方向与参考方向相同，由点B流向点A。图2.4例2.1图2.2.2电压及其参考方向在电路中，电场力把单位正电荷（q）从a点移到b点所做的功（W）就称为a、b两点间的电压，也称电位差，记（2-3）对于直流，则为（2-4）电压的单位为伏特（V）。电压的实际方向规定从高电位指向低电位，其方向可用箭头表示，也可用“+”“-”极性表示，如图2.5所示。若用双下标表示，如表示a指向b。显然。值得注意的是电压总是针对两点而言。图2.5电压参考方向的设定和电流的参考方向一样，也需设定电压的参考方向。电压的参考方向也是任意选定的，当参考方向与实际方向相同时，电压值为正；反之，电压值则为负。例2.2如图2.6所示，电压的参考方向已标出，并已知U1=1V，U2=－1V，试指出电压的实际方向。解：U1=1V>0，则U1的实际方向与参考方向相同，由A指向B。U2=－1V<0，则U2的实际方向与参考方向相反，应由A指向B。图2.6例2.2图2.2.3电位在电路中任选一点作为参考点，则电路中某一点与参考点之间的电压称为该点的电位。电位用符号或表示。例如A点的电位记为或。显然，，。电位的单位是伏特（V）。电路中的参考点可任意选定。当电路中有接地点时，则以地为参考点。若没有接地点时，则选择较多导线的汇集点为参考点。在电子线路中，通常以设备外壳为参考点。参考点用符号“⊥”表示。有了电位的概念后，电压也可用电位来表示，即（2-5）因此，电压也称为电位差。还需指出，电路中任意两点间的电压与参考点的选择无关。即对于不同的参考点，虽然各点的电位不同，但任意两点间的电压始终不变。例2.3图2.7所示的电路中，已知各元件的电压为：U1＝10V，U2＝5V，U3＝8V，U4＝－23V。若分别选B点与C点为参考点，试求电路中各点的电位。解：选B点为参考点，则＝0图2.7例2.3图选C点为参考点，则或2.2.4电动势电源力把单位正电荷由低电位点B经电源内部移到高电位点A克服电场力所做的功，称为电源的电动势。电动势用E或e表示，即（2-6）电动势的单位也是伏特（V）。电动势与电压的实际方向不同，电动势的方向是从低电位指向高电位，即由“—”极指向“+”极，而电压的方向则从高电位指向低电位，即由“+”极指向“—”极。此外，电动势只存在于电源的内部。2.2.5功率单位时间内电场力或电源力所做的功，称为功率，用P或p表示。即（2-7）若已知元件的电压和电流，功率的表达式则为（2-8）功率的单位是瓦特（W）。当电流、电压为关联参考方向时，式（2-8）表示元件消耗能量。若计算结果为正，说明电路确实消耗功率，为耗能元件。若计算结果为负，说明电路实际产生功率，为供能元件。当电流、电压为非关联参考方向时，则式（2-8）表示元件产生能量。若计算结果为正，说明电路确实产生功率，为供能元件。若计算结果为负，说明电路实际消耗功率，为耗能元件。例2.4（1）在图2.8(a)中，若电流均为2A，U1＝1V，U2＝—1V，求该两元件消耗或产生的功率。（2）在图2.8（b）中，若元件产生的功率为4W，求电流I。(a)(b)图2.8例2.4图解：（1）对图2.8（a），电流、电压为关联参考方向，元件消耗的功率为＝1×2＝2W>0表明元件消耗功率，为负载。对图2.8（b），电流、电压为非关联参考方向，元件产生的功率为＝（－1）×2＝－2W<0表明元件消耗功率，为负载。（2）因图2.8（b）中电流、电压为非关联参考方向，且是产生功率，故＝4WA负号表示电流的实际方向与参考方向相反。2.3电路的工作状态电路在不同的工作条件下，会处于不同的状态，并具有不同的特点。电路的工作状态有三种：开路状态、负载状态和短路状态。2.3.1开路状态（空载状态）在图2.9所示电路中，当开关K断开时，电源则处于开路状态。开路时，电路中电流为零，电源不输出能量，电源两端的电压称为开路电压，用表示，其值等于电源电动势即图2.9开路状态2.3.2短路状态在图2.10所示电路中，当电源两端由于某种原因短接在一起时，电源则被短路。短路电流很大，此时电源所产生的电能全被内阻所消耗。短路通常是严重的事故，应尽量避免发生，为了防止短路事故，通常在电路中接入熔断器或断路器，以便在发生短路时能迅速切断故障电路。2.3.3负载状态（通路状态）电源与一定大小的负载接通，称为负载状态。这时电路中流过的电流称为负载电流。如图2.11所示。负载的大小是以消耗功率的大小来衡量的。当电压一定时，负载的电流越大，则消耗的功率亦越大，则负载也越大。图2.10短路状态图2.11负载工作状态为使电气设备正常运行，在电气设备上都标有额定值，额定值是生产厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的正常允许值。一般常用的额定值有：额定电压、额定电流、额定功率，用、、表示。需要指出，电气设备实际消耗的功率不一定等于额定功率。当实际消耗的功率P等于额定功率时，称为满载运行；若，称为轻载运行；而当时，称为过载运行。电气设备应尽量在接近额定的状态下运行。2.4电阻元件、电感元件和电容元件2.4.1电阻元件1.电阻与电导的概念流过线性电阻的电流与其两端的电压成正比，即(u、i关联)(2-9)(u、i非关联)(2-10)根据国际单位制（SI）中，式中R称为电阻，单位为欧姆（Ω）；导体的电阻不仅和导体的材质有关，而且还和导体的尺寸有关。实验证明，同一导体的电阻和导体的截面积成反比，而和导体的长度成正比。为了方便计算，我们常常把电阻的倒数用电导G来表示，即(2-11)根据国际单位制（SI）中，电导G的单位为西门子（S）。2.电阻的伏安特性对于线性电阻元件，其电路模型如图1.12所示。其特性方程为u=Ri(u、i关联)(2-12)u=-Ri(u、i非关联)(2-13)或i=Gu(u、i关联)(2-14)i=-Gu(u、i非关联)(2-15)可以把电阻两端的电压与电流的关系标在坐标平面上，用一条曲线（直线）表示其关系，这条曲线（直线）就称为电阻的伏安特性曲线。根据上述公式可知线性电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直线。一般的电阻元件，均为线性电阻元件。(a)u、i关联(b)u、i不关联图2.12线性电阻的伏安特性曲线非线性电阻的伏安特性，由非线性电阻的伏安特性曲线图2.13可以看出它是一条曲线。例如二极管就是一个典型的非线性电阻元件。由线性元件组成的电路称为线性电路，由非线性元件组成的电路称为非线性电路。3.电能电阻元件在通电过程中要消耗电能，是一个耗能元件。电阻所吸收的功率为(2-15)则t1到t2的时间内，电阻元件吸收的能量为W全部转化为图2.13非线性电阻的伏安特性曲线热能。(2-16)在直流电路中，(2-17)(2-18)根据国际单位制（SI）中，电能的单位是焦[耳]（J）；或千瓦·小时（kW·h），简称为度。1千瓦时是指功率为1kW的电源（负载）在1h内所输出（消耗）的电能。例2.5在220V的电源上，接一个电加热器，已知通过电加热器的电流是3.5A，问4小时内，该电加热器的用了多少度电？解：电加热器的功率是=220V×3.5A=770W=0.77kW4小时中电加热器消耗的电能是=0.77kW×4h=3.08kW·h即该电加热器用了3.08度电。2.4.2电感元件电感元件作为储能元件能够储存磁场能量，其电路模型如图2.14。从模型图中可以看出，电感器是由一个线圈组成，通常将导线绕在一个铁心上制作成一个电感线圈。(a)u、i关联(b)u、i不关联图2.14电感器电路模型线圈的匝数与穿过线圈的磁通之积为NФ，称为磁链。图2.15电感线圈当电感元件为线性电感元件时，电感元件的特性方程为(2-19)式中，L为元件的电感系数（简称电感），是一个与电感器本身有关，与电感器的磁通、电流无关的常数，又叫做自感，在国际单位制（SI）中，其单位为亨[利]（H）。有时也用毫亨（mH）、微亨(μH)，1mH=10-3H，1μH=10-6H，磁通Ф的单位是韦[伯]（Wb）。当通过电感元件的电流发生变化时，电感元件中的磁通也发生变化，根据电磁感应定律，在线圈两端将产生感应电压，设电压与电流关联时，电感线圈两端将产生感应电压(2-20)上式表示线性电感的电压uL与电流i对时间t的变化率成正比。在一定的时间内，电流变化越快，感应电压越大；电流变化越慢，感应电压越小；若电流变化为零时（即直流电流），则感应电压为零，电感元件相当于短路。故电感元件在直流电路中相当于短路。当流过电感元件的电流为时，它所储存的能量为(2-21)从上式中可以看出，电感元件在某一时的储能仅与当时的电流值有关。2.4.3电容元件电容元件作为储能元件能够储存电场能量，其电路模型如图2.16所示。(a)u、i关联(b)u、i不关联图2.16电容器电路模型当电容为线性电容时，电容元件的特性方程为(2-22)式中，C为元件的电容，是一个与电容器本身有关，与电容器两端的电压、电流无关的常数，在国际单位制（SI）中，其单位为法[拉]（F）。微法（μF）、纳法（nF）、皮法（pF）也作为电容的单位。1μF=10-6F，1nF=10-9F，1pf=10-12F从式（2-22）可以看出，电容的电荷量是随电容的两端电压变化而变化的，由于电荷的变化，电容中就产生了电流，则(设u、i关联)(2-23)是电容由于电荷的变化而产生的电流，将代入公式（2-24）中得：(2-24)上式表示线性电容的电流与端电压对时间的变化率成正比。当=0时，则=0，说明电容元件的两端电压恒定不变，通过电容的电流为零，电容处于开路状态。故电容元件对直流电路来说相当于开路。电容所储存的电场能为(2-25)2.5电压源与电流源电源是将其它形式的能量(如化学能、机械能、太阳能、风能等)转换成电能后提供给电路的设备。本节主要介绍电路分析中基本电源：电压源和电流源。2.5.1电压源和电流源我们所讲的电压源和电流源都是理想化的电压源和电流源。1.电压源电压源是指理想电压源，即内阻为零，且电源两端的端电压值恒定不变（直流电压），如图2.17所示。它的特点是电压的大小取决于电压源本身的特性，与流过的电流无关。流过电压源的电流大小与电压源外部电路有关，由外部负载电阻决定。因此，它称之为独立电压源。电压为Us的直流电压源的伏安特性曲线，是一条平行于横坐标的直线，如图2.18所示，特性方程U=Us（2-26）如果电压源的电压Us=0，则此时电压源的伏安特性曲线，就是横坐标，也就是电压源相当于短路。图2.17电压源图2.18直流电压源的伏安特性曲线2.电流源电流源是指理想电流源，即内阻为无限大、输出恒定电流IS的电源。如图2.19所示。它的特点是电流的大小取决于电流源本身的特性，与电源的端电压无关。端电压的大小与电流源外部电路有关，由外部负载电阻决定。因此，也称之为独立电流源。图2.19电流源图2.20直流电流源的伏安特性曲线电流为IS的直流电流源的伏安特性曲线，是一条垂直于横坐标的直线，如图2.20所示，特性方程I=IS（2-27）如果电流源短路，流过短路线路的电流就是IS，而电流源的端电压为零。2.5.2实际电源的模型1.实际电压源实际电压源可以用一个理想电压源Us与一个理想电阻r串联组合成一个电路来表示，如图2.21(a)所示。特征方程U=US–Ir（2-28）实际电压源的伏安特性曲线如图2.21(b)所示,可见电源输出的电压随负载电流的增加而下降。(a)实际电压源(b)实际电压源的伏安特性曲线图2.21实际电压源模型2.实际电流源实际电压源可以用一个理想电流源IS与一个理想电导G并联组合成一个电路来表示，如图2.22(a)所示，(a)实际电流源(b)实际电流源的伏安特性曲线图2.22实际电流源模型特征方程I=IS–UG（2-29）实际电流源的伏安特性曲线如图1-22b所示,可见电源输出的电流随负载电压的增加而减少。例2.6在图2.21中，设Us=20V，r=1Ω,外接电阻R=4Ω，求电阻R上的电流I。解：根据公式(2-28)U=Us–Ir=IR则有例2.7在图2.22中，设IS=5A，r=1Ω,外接电阻R=9Ω，求电阻R上的电压U。解：根据公式(2-29)则有2.6基尔霍夫定律本节将介绍基尔霍夫电流定律与电压定律，它们则分别反映了电路中各个支路的电流以及各个部分电压之间的关系。介绍支路电流法来求解简单的电路。2.6.1几个相关的电路名词图2.23复杂电路1、支路：电路中通过同一个电流的每一个分支。如图2.23中有三条支路，分别是BAF、BCD和BE。支路BAF、BCD中含有电源，称为含源支路。支路BE中不含电源，称为无源支路。2、节点：电路中三条或三条以上支路的连接点。如图2.23中B、E（F、D）为两个节点。3、回路：电路中的任一闭合路径。如图2.23中有三个回路，分别是ABEFA、BCDEB、ABCDEFA。4、网孔：内部不含支路的回路。如图2.23中ABEFA和BCDEB都是网孔，而ABCDEFA则不是网孔。2.6.2基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电流定律指出：任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。基尔霍夫电流定律简称KCL，反映了节点处各支路电流之间的关系。在图2.23所示电路中，对于节点B可以写出或改写为即（2-30）由此，基尔霍夫电流定律也可表述为：任一时刻，流入电路中任一节点电流的代数和恒等于零。基尔霍夫电流定律不仅适用于节点，也可推广应用到包围几个节点的闭合面（也称广义节点）。如图1.24所示的电路中，可以把三角形ABC看作广义的节点，用KCL可列出即（2-31）可见，在任一时刻，流过任一闭合面电流的代数和恒等于零。图2.24KCL的推广图2.25例2.8图例2.8如图2.25所示电路，电流的参考方向已标明。若已知I1=2A，I2=―4A，I3=―8A，试求I4。解：根据KCL可得2.6.3基尔霍夫电压定律（KVL）基尔霍夫电压定律指出：在任何时刻，沿电路中任一闭合回路，各段电压的代数和恒等于零。基尔霍夫电压定律简称KVL，其一般表达式为（2-32）应用上式列电压方程时，首先假定回路的绕行方向，然后选择各部分电压的参考方向，凡参考方向与回路绕行方向一致者，该电压前取正号；凡参考方向与回路绕行方向相反者，该电压前取负号。在图2.23中，对于回路ABCDEFA，若按顺时针绕行方向，根据KVL可得根据欧姆定律，上式还可表示为即（2-33）式（2-33）表示，沿回路绕行方向，各电阻电压降的代数和等于各电源电动势升的代数和。基尔霍夫电压定律不仅应用于回路，也可推广应用于一段不闭合电路。如图2.26所示电路中，A、B两端未闭合，若设A、B两点之间的电压为UAB，按逆时针绕行方向可得则上式表明，开口电路两端的电压等于该两端点之间各段电压降之和。图2.26KVL的推广图2.27例2-9图例2.9求图2.27所示电路中10Ω电阻及电流源的端电压。解：按图示方向得按顺时针绕行方向，根据KVL得例2.10在图2.28中，已知R1＝4Ω，R2＝6Ω，US1＝10V，US2＝20V，试求UAC。解：由KVL得由KVL的推广形式得或由本例可见，电路中某段电压和路径无关。因此，计算时应尽量选择较短的路径。图2.28例2.10图图2.29例2.11图例2.11求图2.29所示电路中的U2、I2、R1、R2及US。解：由KVL可得由KCL可得对于左边的网孔，由KVL可得2.6.4支路电流法支路电流法是最基本的分析方法。它是以支路电流为求解对象，应用基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律分别对节点和回路列出所需要的方程组，然后再解出各未知的支路电流。支路电流法求解电路的步骤为：①标出支路电流参考方向和回路绕行方向；②根据KCL列写节点的电流方程式；③根据KVL列写回路的电压方程式；④解联列方程组，求取未知量。例2.12如图2.30所示，为两台发电机并联运行共同向负载供电。已知，，，，，求各支路的电流及发电机两端的电压。解：①选各支路电流参考方向如图所示，回路绕行方向均为顺时针方向。②列写KCL方程：节点A：③列写KVL方程：ABCDA回路：AEFBA回路：其基尔霍夫定律方程组为将数据代入各式后得图2.30例2.12图解此联立方程得以电机两端电压U为2.7电路的串联、并联与混联2.7.1电阻的串联在电路中，若干个电阻元件依次相联，这种联接方式称为串联。图2.31给出了三个电阻的串联电路，(a)电阻的串联(b)等效电路图2.31电阻的串联电阻串联时有以下几个特点：①通过各电阻的电流相等；②总电压等于各电阻上电压之和，即③等效电阻（总电阻）等于各电阻之和，即（2-34）所谓等效电阻是指如果用一个电阻R代替串联的所有电阻接到同一电源上，电路中的电流是相同的。④分压系数在直流电路中，常用电阻的串联来达到分压的目的。各串联电阻两端的电压与总电压间的关系为（2-35）式中、、称为分压系数，由分压系数可直接求得各串联电阻两端的电压。由式（2-35）还可知即电阻串联时，各电阻两端的电压与电阻的大小成正比。⑤各电阻消耗的功率与电阻成正比，即例2.13多量程直流电压表是由表头、分压电阻和多位开关联接而成的，如图2.32所示。如果表头满偏电流，表头电阻，现在要制成量程为10V、50V、100V的三量程电压表，试确定分压电阻值。图2.32例2.13图解：当流过表头时，表头两端的电压当量程时，串联电阻得=99kΩ当量程时，串联电阻得=400KΩ当量程时，串联电阻用上述方法可得=500KΩ。2.7.2电阻的并联在电路中，若干个电阻一端联在一起，另一端也联在一起，使电阻所承受的电压相同，这种联接方式称为电阻的并联。图2.33（a）所示为三个电阻的并联电路。(a)电阻的并联(b)等效电路图2.33电路的并联电路并联时有以下几个特点：①各并联电阻两端的电压相等；②总电流等于各电阻支路的电流之和，即③等效电阻R的倒数等于各并联电阻倒数之和，即上式也可写成（2-36）式（2-36）表明，并联电路的电导等于各支路电导之和。对于只有两个电阻及并联，则等效电阻为④分流系数在电路中，常用电阻的并联来达到分流的目的。各并联电阻支路的电流与总电流的关系为（2-37）式中、、称为分流系数，由分流系数可直接求得各并联电阻支路的电流。由式（2-37）还可知即电阻并联时，各电阻支路的电流与电导的大小成正比。也就是说电阻越大，分流作用就越小。当两个电阻并联时⑤各电阻消耗的功率与电导成正比，即例2.14将例2.13的表头制成量程为的电流表。解：要将表头改制成量程较大的电流表，可将电阻与表头并联，如图2.34所示。并联电阻支路的电流为因为图2.34例2.14图所以=即用一个10.1Ω的电阻与该表头并联，即可得到一个量程为10mA的电流表。2.7.3电阻的混联实际应用中经常会遇到既有电阻串联又有电阻并联的电路，称为电阻的混联电路，如图2.35所示。求解电阻的混联电路时，首先应从电路结构，根据电阻串并联的特征，分清哪些电阻是串联的，哪些电阻是并联的，然后应用欧姆定律、分压和分流的关系求解。由图2.35可知，与串联，然后与并联，再与串联，即等效电阻符号“//”表示并联。则图2.35电阻的混联第三章正弦交流电路学习要点：掌握正弦交流电路的基本概念，正弦量的表示方法。掌握R、L、C三种元件的电压、电流的关系；掌握R、L、C串联和RL与C并联电路的相量分析法；掌握正弦交流电路中的功率计算，熟悉功率因数的提高的方法。了解正弦交流电路负载获得最大功率的条件。3.1正弦交流电路的基本概念3.1.1正弦电流及其三要素随时间按正弦规律变化的电流称为正弦电流，同样地有正弦电压等。这些按正弦规律变化的物理量统称为正弦量。设图3.1中通过元件的电流是正弦电流，其参考方向如图所示。正弦电流的一般表达式为：(t)=sin(ωt+ψ)（3-1）图3.1电路元件图3.2正弦电流波形图它表示电流是时间的正弦函数，不同的时间有不同的量值，称为瞬时值，用小写字母表示。电流的时间函数曲线如图3.2所示，称为波形图。在式（3-1）中，为正弦电流的最大值（幅值），即正弦量的振幅，用大写字母加下标m表示正弦量的最大值，例如、、等,它反映了正弦量变化的幅度。(+ψ)随时间变化，称为正弦量的相位，它描述了正弦量变化的进程或状态。ψ为=0时刻的相位，称为初相位（初相角），简称初相。习惯上取≤180°。图3.3(a）、(b)分别表示初相位为正和负值时正弦电流的波形图。图3.3正弦电流的初相位正弦电流每重复变化一次所经历的时间间隔即为它的周期，用表示，周期的单位为秒(s)。正弦电流每经过一个周期，对应的角度变化了2π弧度，所以ω==(3-2)式中ω为角频率，表示正弦量在单位时间内变化的角度，反映正弦量变化的快慢。用弧度/秒（rad/s）作为角频率的单位；=1/T是频率，表示单位时间内正弦量变化的循环次数，用1/秒(1/s)作为频率的单位，称为赫兹（Hz）。我国电力系统用的交流电的频率(工频)为50Hz。最大值、角频率和初相位称为正弦量的三要素。3.1.2相位差任意两个同频率的正弦电流1(t)=2(t)=的相位差是=(t+ψ1)-(t+ψ2)=ψ1-ψ2(3-3)相位差在任何瞬间都是一个与时间无关的常量，等于它们初相位之差。习惯上取∣∣≤180°。若两个同频率正弦电流的相位差为零，即=0，则称这两个正弦量为同相位。如图3-4中的1与3，否则称为不同相位，如1与2。如果ψ1-ψ2＞0，则称1超前2，意指1比2先到达正峰值，反过来也可以说2滞后1。超前或滞后有时也需指明超前或滞后多少角度或时间，以角度表示时为ψ1-ψ2，若以时间表示，则为(ψ1-ψ2)/ω。如果两个正弦电流的相位差为=，则称这两个正弦量为反相。如果=，则称这两个正弦量为正交。图3.4正弦量的相位关系3.1.3有效值周期电流流过电阻R在一个周期所产生的能量与直流电流I流过电阻R在时间T内所产生的能量相等，则此直流电流的量值为此周期性电流的有效值。周期性电流流过电阻R，在时间T内，电流所产生的能量为=直流电流I流过电阻在时间T内所产生的能量为当两个电流在一个周期T内所作的功相等时，有=于是，得=(3-4)对正弦电流则有===≈0.707(3-5)同理可得//在工程上凡谈到周期性电流或电压、电动势等量值时，凡无特殊说明总是指有效值，一般电气设备铭牌上所标明的额定电压和电流值都是指有效值。3.2正弦交流电路中的功率及功率因数的提高3.2.1有功功率、无功功率、视在功率和功率因数设有一个二端网络，取电压、电流参考方向如图3.5所示，则网络在任一瞬间时吸收的功率即瞬时功率为设图3.5其中为电压与电流的相位差。(3-6)其波形图如图3.6所示。瞬时功率有时为正值，有时为负值，表示网络有时从图3.6瞬时功率波形图外部接受能量，有时向外部发出能量。如果所考虑的二端网络内不含有独立源，这种能量交换的现象就是网络内储能元件所引起的。二端网络所吸收的平均功率为瞬时功率在一个周期内的平均值，将式（3-6）代入上式得（3-7）可见，正弦交流电路的有功功率等于电压、电流的有效值和电压、电流相位差角余弦的乘积。称为二端网络的功率因数，用表示，即，称为功率因数角。在二端网络为纯电阻情况下，，功率因数，网络吸收的有功功率；当二端网络为纯电抗情况下，，功率因数，则网络吸收的有功功率，在一般情况下，二端网络的，，，即。二端网络两端的电压U和电流I的乘积UI也是功率的量纲，因此，把乘积UI称为该网络的视在功率，用符号S来表示，即（3-8）为与有功功率区别，视在功率的单位用伏安（VA）。视在功率也称容量，例如一台变压器的容量为，而此变压器能输出多少有功功率，要视负载的功率因数而定。在正弦交流电路中，除了有功功率和视在功率外，无功功率也是一个重要的量。即而所以无功功率（3-9）当=0时，二端网络为一等效电阻，电阻总是从电源获得能量，没有能量的交换；当时，说明二端网络中必有储能元件，因此，二端网络与电源间有能量的交换。对于感性负载，电压超前电流，，；对于容性负载，电压滞后电流，，。3.2.2功率因数的提高电源的额定输出功率为，它除了决定于本身容量（即额定视在功率）外，还与负载功率因数有关。若负载功率因数低，电源输出功率将减小，这显然是不利的。因此为了充分利用电源设备的容量，应该设法提高负载网络的功率因数。另外，若负载功率因数低，电源在供给有功功率的同时，还要提供足够的无功功率，致使供电线路电流增大，从而造成线路上能耗增大。可见，提高功率因数有很大的经济意义。功率因数不高的原因，主要是由于大量电感性负载的存在。工厂生产中广泛使用的三相异步电动机就相当于电感性负载。为了提高功率因数，可以从两个基本方面来着手：一方面是改进用电设备的功率因数，但这主要涉及更换或改进设备；另一方面是在感性负载的两端并联适当大小的电容器。下面分析利用并联电容器来提高功率因数的方法。原负载为感性负载，其功率因数为，电流为，在其两端并联电容器，电路如图3.7所示，并联电容以后，并不影响原负载的工作状态。从相量图可知由于电容电流补偿了负载中的无功电流。使总电流减小，电路的总功率因数提高了。(a)电路图(b)相量图图3.7设有一感性负载的端电压为，功率为，功率因数，为了使功率因数提高到，可推导所需并联电容的计算公式：流过电容的电流又因所以（3-9）例3.1两个负载并联,接到220V、50Hz的电源上。一个负载的功率=2.8kW，功率因数cos=0.8(感性)，另一个负载的功率=2.42kW，功率因数cos=0.5(感性)。试求:(1)电路的总电流和总功率因数；(2)电路消耗的总功率；(3)要使电路的功率因数提高到0.92，需并联多大的电容？此时，电路的总电流为多少？(4)再把电路的功率因数从0.92提高到1,需并联多大的电容?解：(1)Acos=0.8=36.9°(2)Acos=0.5=60°设电源电压=220/0°V，则=15.9/-36.9°A=22/-60°A=+=15.9/-36.9°+22/-60°=37.1/-50.3°A=37.1A=50.3°cos=0.64=2.8+2.42=5.22kW(3)2cos=0.64=50.3°=0.00034(1.2-0.426)=263FA(4)2=0.00034(0.426-0)=144.8F由上例计算可以看出，将功率因数从0.92提高到1，仅提高了0.08，补偿电容需要144.8F，将增大设备的投资。在实际生产中并不要把功率因数提高到1，因为这样做需要并联的电容较大，功率因数提高到什么程度为宜，只能在作具体的技术经济比较之后才能决定。通常只将功率因数提高到0.9～0.95之间。3.3正弦交流电路负载获得最大功率的条件在图3.8所示电路中，US为信号源的电压相量，Z=+j为信号源的内阻抗，为负载阻抗。负载中的电流于是，电流的有效值为图3.8负载吸取的平均功率(3-10)如果负载的电抗X和电阻R均可调，则首先选择负载电抗X=－X使功率为其次是确定R值，将P对R求导数得令解得因而负载能获得最大功率的条件为即*(3-11)当上式成立时，我们也称负载阻抗与电源阻抗匹配。负载所得最大功率为(3-12)在阻抗匹配电路中，负载得到的最大功率仅是电源输出功率的一半。即阻抗匹配电路的传输效率为50%，所以阻抗匹配电路只能用于一些小功率电路，而对于电力系统来说，首要的问是效率，则不能考虑匹配。第四章三相电路学习要点：掌握对称三相电源及其相序掌握三相电源的联接方法4.1三相电源三相电源是具有三个频率相同、幅值相等但相位不同的电动势的电源，用三相电源供电的电路就称为三相电路。1.对称三相电源在电力工业中，三相电路中的电源通常是三相发电机，由它可以获得三个频率相同、幅值相等、相位互差120°的电动势，这样的发电机称为对称三相电源。图4.1是三相同步发电机的原理图。三相发电机中转子上的励磁线圈MN内通有直流电流，使转子成为一个电磁铁。在定子内侧面、空间相隔120°的槽内装有三个完全相同的线圈A-X，B-Y，C-Z。转子与定子间磁场被设计成正弦分布。当转子以角速度转动时，三个线圈中便图4.1三相同步发电机原理图感应出频率相同、幅值相等、相位互差120°的三个电动势。有这样的三个电动势的发电机便构成一对称三相电源。对称三相电源的瞬时值表达式（以为参考正弦量）为（4-1）三相发电机中三个线圈的首端分别用A、B、C表示；尾端分别用X、Y、Z表示。三相电压的参考方向为首端指向尾端。对称三相电源的电路符号如图4.2所示。它们的相量形式为（4-2）对称三相电压的波形图和相量图如图4.3和图4.4所示。对称三相电压三个电压的瞬时值之和为零，即（4-3）图4.2对称三相电源图4.3波形图三个电压的相量之和亦为零，即（4-4）这是对称三相电源的重要特点。通常三相发电机产生的都是对称三相电源。本书今后若无特殊说明，提到的三相电源均为对称三相电源。2．相序三相电源中每一相电压经过同一值（如正的最大值）的先后次序称为相序。从图4.3可以看出，其三相电压到达最大值的次序依次为，，，其相序为---，称为顺序或正序。若将发电机转子反转，则图4.4相量图则相序为---，称为逆序或负序。工程上常用的相序是顺序，如果不加以说明，都是指顺序。工业上通常在交流发电机的三相引出线及配电装置的三相母线上，涂有黄、绿、红三种颜色，分别表示、、三相。4.2三相电源的联接将三相电源的三个绕组以一定的方式联接起来就构成三相电路的电源。通常的联接方式是星形（也称Y形）联接和三角形（也称△形）联接。对三相发电机来说，通常采用星形联接。1．三相电源的星形联接将对称三相电源的尾端X、Y、Z联在一起，首端A、B、C引出作输出线，这种联接称为三相电源的星形联接。如图4.5所示。联接在一起的X、Y、Z点称为三相电源的中点，用N表示，从中点引出的线称为中线。三个电源首端A、B、C引出的线称为端线（俗称火线）。电源每相绕组两端的电压称为电源的相电压，电源相电压用符号、、C表示；而端线之间的电压称为线电压，用、、表示。规定线电压的方向是由A线指向B线，B线指向C线，C线指向A线。下面分析星形联接时对称三相电源线电压与相电压的关系。根据图4.5，由KVL可得，三相电源的线电压与相电压有以下关系：图4.5星形联接的三相电源图4.6相量图（4-5）假设/0°，/-120°，/120°则相量形式为/30°=/30°/-90°=/30°（4-6）/150°=/30°由上式看出，星形联接的对称三相电源的线电压也是对称的。线电压的有效值（）是相电压有效值（）的倍，即；式中各线电压的相位超前于相应的相电压30°。其相量图如图4.6。三相电源星形联接的供电方式有两种，一种是三相四线制（三条端线和一条中线），另一种是三相三线制，即无中线。目前电力网的低压供电系统（又称民用电）为三相四线制，此系统供电的线电压为380V，相电压为220V，通常写作电源电压380∕220V。2.三相电源的三角形联接将对称三相电源中的三个单相电源首尾相接，由三个联接点引出三条端线就形成三角形联接的对称三相电源。如图4.7所示。图4.7三角形联接的三相电源对称三相电源三角形联接时，只有三条端线，没有中线，它一定是三相三线制。在图2.58中可以明显地看出，线电压就是相应的相电压，即或上式说明三角形联接的对称三相电源，线电压等于相应的相电压。三相电源三角形联接时，形成一个闭合回路。由于对称三相电源++=0，所以回路中不会有电流。但若有一相电源极性接反，造成三相电源电压之和不为零，将会在回路中产生很大的电流。所以三相电源作为三角形联接时，联接前必须检查。4.3对称三相电路组成三相交流电路的每一相电路是单相交流电路。整个三相交流电路则是由三个单相交流电路所组成的复杂电路，它的分析方法是以单相交流电路的分析方法为基础的。对称三相电路是由对称三相电源和对称三相负载联接组成。一般电源均为对称电源，因此只要负载是对称三相负载，则该电路为对称三相电路。所谓对称三相负载是指三相负载的三个复阻抗相同。三相负载一般也接成星形或三角形，如图4.8所示。(a)负载的三角形联接(b)负载的星形联接图4.8对称三相负载的联接1.负载Y联接的对称三相电路图4.9中，三相电源作星形联接。三相负载也作星形联接，且有中线。这种联接称Y—Y联接的三相四线制。图4.9三相四线制设每相负载阻抗均为=/(。N为电源中点，n为负载的中点，Nn为中线。设中线的阻抗为。每相负载上的电压称为负载相电压，用，，表示；负载端线之间的电压称为负载的线电压，用，，表示。各相负载中的电流称为相电流，用，，表示；火线中的电流称为线电流，用，，表示。线电流的参考方向从电源端指向负载端，中线电流的参考方向从负载端指向电源端。对于负载Y联接的电路，线电流就是相电流。三相电路实际上是一个复杂正弦交流电路，采用节点法分析此电路可得结论是负载中点与电源中点等电位，它与中线阻抗的大小无关。由此可得（4-7）上式表明：负载相电压等于电源相电压（在忽略输电线阻抗时），即负载三相电压也为对称三相电压。若以为参考相量，则线电流为=/-(=/-(-120°（4-8）=/-(+120°上式可见，三相电流也是对称的。因此，对称Y—Y联接电路有中线时的计算步骤可归结为：（1）先进行一个相的计算（如A相），首先根据电源找到该相的相电压，算出；（2）根据对称性，推知其它两相电流，；（3）根据三相电流对称，中线电流。若对称Y—Y联接电路中无中线，即=∞时，由节点法分析可知即负载中点与电源中点仍然等电位，此时相当于三相四线制。即每相电路看成是独立的，计算时采用如上的三相四线制的计算方法。可见，对称Y—Y联接的电路，不论有无中线以及中线阻抗的大小，都不会影响各相负载的电流和电压。由于，所以负载的线电压与相电压的关系同电源的线电压与相电压的关系相同（4-9）即（4-10）式中，为负载的线电压和相电压。当忽略输电线阻抗时,，。综上所述可知，负载星形联接的对称三相电路其负载电压、电流有以下特点：(1)线电压、相电压，线电流、相电流都是对称的。(2)线电流等于相电流。(3)线电压等于倍的相电压。例4.1某对称三相电路，负载为Y形联接，三相三线制，其电源线电压为380V，每相负载阻抗=8+j6Ω，忽略输电线路阻抗。求负载每相电流，画出负载电压和电流相量图。解：已知=380V，负载为Y形联接，其电源无论是Y形还是△形联接，都可用等效的Y形联接的三相电源进行分析。电源相电压V设=220/0°V则22/-36.9°A根据对称性可得：=22/-36.9°-120°=22/-156.9°A图=22/-36.9°+120°=22/83.1°A相量图如图4.10。图4.10例4.1相量图图4.11例4.2电路图例4.2如图4.11所示为一对称三相电路，对称三相电源的线电压为380V，每相负载的阻抗=80/-30°Ω，输电线阻抗=1+j2Ω,求三相负载的相电压、线电压、相电流。解：电源相电压V设=220/0°V则=2.69/-30.9°A由对称性得=2.69/-150.9°A=2.69/89.1°A三相负载的相电压/30°2.69/-30.9°=215.2/-0.9°V/-120.9°V/119.1°V三相负载的线电压/30°=372.7/29.1°V=372.1/-90.9°V=372.1/149.1°V由于输电线路阻抗的存在，负载的相电压、线电压与电源的相电压、线电压不相等，但仍是对称的。2.负载△联接的对称三相电路负载作三角形联接，如图4.12所示。由图可以看出，与负载相联的三个电源一定是线电压，不管电源是星形联接还是三角形联接。设/(，三相负载相同，其负载线电流为、、，相电流为、、。图4.12负载三角形联接的对称三相电路设/0°V，当忽略输电线阻抗时，负载线电压等于电源线电压。负载的相电流为/-(/-(-120°（4-11）/-(+120°线电流为/-30°/-30°（4-12）/-30°综上所述可知：负载△形联接的对称三相电路，其负载电压、电流有以下特点：(1)相电压、线电压，相电流、线电流均对称。(2)每相负载上的线电压等于相电压。(3)线电流大小的有效值等于相电流有效值的倍。即,且线电流滞后相应的相电流30°。电压、电流相量图如图4.13所示。图4.13电压、电流相量图例4.3已知负载△联接的对称三相电路，电源为Y形联接，其相电压为110V，负载每相阻抗=4+j3Ω。求负载的相电压和线电流。解：电源线电压V设/0°V则相电流=38/-36.9°A根据对称性得=38/-156.9°A=38/83.1°A线电流/-30°=38/-36.9°-30°=66/-66.9°A=66/-186.9°=66/173.1°A=66/53.1°A负载三角形连接的电路，还可以利用阻抗的Y—△等效变换，将负载变换为星形联接，再按Y—Y联接的电路进行计算。例4.4设有一对称三相电路如图4.14(a)所示，对称三相电源相电压=220/0°V。每相负载阻抗=90/30°Ω，线路阻抗=1+j2Ω，求负载的相电压、相电流和线电流。解：将△形联接的对称三相负载变换成Y形联接的对称三相负载。取经变换后的电路中的一相等效电路，如图4.14(b)所示。线电流=6.9/-32.2°A负载相电流/30°=6.9/-32.2°=3.89/-2.2°A·联接负载的相电压等于负载线电压，根据图4.14(a)可得=90/30°3.89/-2.2°=358.2/27.8°A根据对称性可得其它两相的相电压、相电流和线电流。图4.14例4.4图4.4不对称三相电路在三相电路中，电源和负载只要有一个不对称，则三相电路就不对称。一般来说，三相电源总可以认为是对称的。不对称主要是指负载不对称。日常照明电路就属于这种。图4.15所示三相四线制电路中，负载不对称，假设中线阻抗为零，则每相负载上的电压一定等于该相电源的相电压，而三相电流由于负载阻抗不同而不对称。即负载相电压对称为，，。（4-13）负载相电流不对称为，，（4-14）图4.15Y—Y联接的不对称三相电路此时中线电流0（4-15）如将图4.15中的中线去掉，形成三相三线制，如图4.16所示。根据节点电压法可知一般不等于零，即负载中点n的电位与电源中点N的电位不相等，发生了中点位移，相量图如图4.17所示。由相量图可以看出，中点位移标志着负载相电压、、的不对称，而三相负载的电流也是不对称的。图4.16Y联接的三相三线制图4.17相量图综上所述，在不对称三相电路中，如果有中线，且输电线阻抗≈0，则中线可迫使=0，尽管电路不对称，但可使负载相电压对称，以保证负载正常工作；若无中线，则中点位移，造成负载相电压不对称，从而可能使负载不能正常工作。可见，中线作用至关重要，且不能断开。实际接线中，中线的干线必须考虑有足够的机械强度，且不允许安装开关和熔丝。例4.5电路如图4.18所示，每只灯泡的额定电压为220V，额定功率为100w，电源系220/380V电网，试求：(1)有中线时（即三相四线制），各灯泡的亮度是否一样；(2)中线断开时（即三相三线制），各灯泡能正常发光吗？解：(1)有中线时，尽管此时三相负载不对称，但是有中线，加在各相灯泡上的电压均为220V，各灯泡正常发光，亮度一样。(2)中线断开时，由节点电压法得：=图4.18例4.5图每盏灯泡电阻为===484Ω各相负载电阻为===121Ω===242Ω==484Ω==83.13/-19°V各负载相电压为：=220/0°-83.13/-19°=144/10.9°V=220/-120°-83.13/-19°=249/139°V=220/120°-83.13/-19°=288/130.9°V计算看出，A相灯泡上的电压只有144V，发光不足，而C相灯泡上的电压远超过额定电压，很可能被烧坏。4.5三相电路的功率在三相电路中，三相负载的有功功率、无功功率分别等于每相负载上的有功功率、无功功率之和，即三相负载对称时，各相负载吸收的功率相同，根据负载星形及三角形接法时线、相电压和线、相电流的关系，则三相负载的有功功率、无功功率分别表示为=3coscos（4-16）3=sin=sin（4-17）式中，是负载的线电压和线电流；是负载的相电压和相电流；是每相负载的阻抗角。对称三相电路的视在功率和功率因素分别定义如下：=（4-18）cos=（4-19）根据对称三相负载的功率表达式关系，则=（4-20）对称三相正弦交流电路的瞬时功率经公式推导等于平均功率，是不随时间变化的常数。对三相电动机来说，瞬时功率恒定意味着电动机转动平稳，这是三相制的重要优点之一。例4.6某三相异步电动机每相绕组的等值阻抗=27.74Ω，功率因数cos=0.8，正常运行时绕组作三角形联接，电源线电压为380V。试求：（1）正常运行时相电流，线电流和电动机的输入功率；（2）为了减小起动电流，在起动时改接成星形，试求此时的相电流，线电流及电动机输入功率。解：（1）正常运行时，电动机作三角形联接===13.7A==×13.7=23.7Acos=×380×23.7×0.8=12.51kW（2）起动时，电动机星形联接===7.9A==7.9Acos=×380×7.9×0.8=4.17kW从此例可以看出，同一个对称三相负载接于一电路，当负载作△联接时的线电流是Y联接时线电流的三倍，作△联接时的功率也是作Y形联接时功率的三倍。即（4-21）第五章变压器学习要点：了解铁磁材料的磁性能，铁磁材料的分类、磁滞回线、磁化曲线。了解交流铁心线圈等效电路，掌握交直流铁心线圈的工作特点，掌握交流铁心线圈电路的电压平衡方程式。熟悉直流电磁铁、交流电磁铁的特点、吸力特性。熟悉变压器工作原理，掌握电压、电流、电阻的变换公式及其来源和条件，在多绕组变压器中应掌握正确判断同名端方法，并学会利用同名端的概念确定正确的连接方法。5.1磁路的基本知识5.1.1磁路的基本物理量1.磁路的基本概念大多数电气设备都是运用电与磁及其相互作用等物理过程实现能量的传递和转换的，例如直流电机、异步电机是运用载流导体在磁场中将产生电磁力这种物理现象实现将电能转换成机械能。因此在上述电气设备中都必须具备一个磁场，这个磁场是线圈通以电流产生的，通过线圈的电流叫励磁电流。要使较小的励磁电流能够产生足够大的磁通，在变压器、电机及各种电磁元件中常用铁磁物质做成一定形状的铁心，由于铁心的导磁系数比周围其它物质的导磁系数高很多，因此磁通差不多全部通过铁芯而形成一个闭合回路，；这部分磁通称为主磁通Φ，所经过的路径叫磁路，如图5.1所示。另外还有很少一部分经过空气而形成闭合路径，这部分磁通叫漏磁通Φσ。图5.1磁路2.磁感应强度磁感应强度是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，它是一个矢量，用B表示。它的方向就是该点磁场的方向，它与电流之间的方向可用右手螺旋定则来确定，其大小是用一根电导线在磁场中受力的大小来衡量的。（该导线与磁场方向垂直）即（5-1）式中，为磁力，单位为牛顿（N）；为通过导线的电流，单位为（A）；为导线的长度，单位为米（m）。在国际单位位制中，B的单位为特斯拉（韦伯/米2），简称特，用T（Wb/m2）表示。磁感应强度的大小也可用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数来表示。3.磁通在磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的某一截面积S的乘积称为磁通Φ，即（5-2）也就是说，磁通Φ是垂直穿过某一截面磁力线的总数。根据电磁感应定律的公式有（5-3）在国际单位制中，Φ的单位为伏·秒（V·S），通常称为韦伯，用Wb表示。4.磁场强度磁场强度是进行磁场计算时引用的一个辅助计算量，也是矢量，用H表示。通过它来确定磁场与电流间的关系。在工程上，要确定通过导线和线圈的电流用其产生磁通之间的关系是工程计算的重要内容之一。例如电磁铁的吸力大小就取决于铁芯中磁通的多少，而磁通的多少又与通入线圈的励磁电流大小有关。对空心线圈要计算磁场与电流之间的关系比较简单，因为介质是空气，它的导磁系数是个常数，所以空心线圈产生的磁通是与励磁电流成正比的。当线圈中具有铁心时，因为铁磁物质的磁饱和现象、导磁系数不是常数，磁通与励磁电流之间不再是正比关系，这样在研究与计算磁路时就比较麻烦，为了简化起见，引入磁场强度这样一个辅助量，当磁路由一种磁性材料组成，且各处截面积S相等，如图5.2所示，根据磁路的安培环路定律，磁路的磁场强度为（5-4）式中，为励磁电流，为线圈匝数，为磁路的平均长度，的单位为安培每米，用A/m表示。5．磁导率磁导率µ是一个用来表示磁场介质磁性的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力的物理量。在国际单位制中，µ的单位为享/米，用H/m表示。真空的磁导率是一个常量，用µ0表示。，任一种物质的磁导率µ和真空的磁导率µ0的比值，称为该物质的相对磁导率，即（5-5）引入磁导率µ后，磁感应强度B的大小等于磁导率µ与磁场强度H的乘积，即（5-6）这说明在相同磁场强度的情况下，物质的磁导率愈高，整体的磁场效应愈强。5.1.2磁路的基本定律1.磁路的欧姆定律如图5.3所示是最简单的磁路，设一铁心上绕有N匝线圈，铁心的平均长度为，截面积为S，铁心材料的磁导率为µ。当线圈通以电流I后，将建立起磁场，铁心中有磁通Φ通过。假定不考虑漏磁，则沿整个磁路的Φ相同，则由式(5-2)、(5-4)、(5-6)式可知（5-7）图5.3简单的磁路从上式可以看出，NI愈大则Φ愈大，愈大则Φ愈小，NI可理解为是产生磁通的源，故称为磁动势，用符号F表示，它的单位是安·匝（A·匝）。对通过磁路的磁通有阻碍作用，故称为磁阻，用Rm表示，它的单位是1/享（1/H），记为H-1。（[]表示单位的意思）（5-8）于是有（5-9）式（5-9）与电路的欧姆定律相似，故称为磁路的欧姆定律。磁动势相当于电势，磁阻相当于电阻，磁通相当于电流。即线圈产生的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。若磁路上有n个线圈通以不同电流，则建立磁场的总磁动势为（5-10）必须指出，式（5-9）表示的磁路欧姆定律，只有在磁路的气隙或非铁磁物质部分是正确的，才保持磁通与磁动势成正比例的关系。在有铁磁材料的各段，Rm因µ随B或Φ变化而不是常数，这时必须利用B与H的非线性曲线关系，由B决定H或由H决定B。2．磁路的基尔霍夫磁通定律(1)基尔霍夫磁通定律计算比较复杂的磁路问题，常涉及汇合点上多个磁通的关系。如图5.4所示为有两个励磁线圈的较复杂磁路。设磁路分为三段、、，各段的磁通分别为、、，它们的参考方向标在图中，H和B的参考方向与磁通一致（相关联），故未另标出。如忽略漏磁通，根据磁通连续性原理，在、、的汇合点做一闭合面S，即穿入任一封闭面的总磁通量为零。式（5-11）与电路的KCL形式相似，故称为基尔霍夫磁通定律。如果把穿出闭合面S的磁通前面取正号，则穿入闭合面S的磁通前面应取负号，即各分支磁路连接处闭合面上磁通代数和等于零（5-11）（5-12）图5.5不同材料组成的磁路图5.6例5.1磁路如考虑有漏磁通，磁通连续性原理和基尔霍夫磁通定律仍然成立，不过要把漏磁通计算在内。(2)基尔霍夫磁压定律若磁路是由几种不同的材料和长度及截面积组成，如图5-5所示的继电器的磁路，它是由、、串联闭合而成，其总磁动势为（5-13）式中，、、称为磁路各段的磁压降。（5-13）式说明，在磁路中，沿任意闭合路径磁压降的代数和等于总磁动势。式13在形式上与电路中KVL相似，故称为磁路的基尔霍夫定律。例5.1在图5.6所示铁心线圈中通直流，磁路平均长度30cm，截面积S=10cm2，N=1000匝，材料为铸钢，工作点上相对磁导率H/m。（1）欲在铁心中建立磁通Φ=0.01Wb，线圈电阻r=100Ω，应加多大电压U？（2）若铁心某处有一缺口，即磁路中有一空气隙，长度0.2cm，铁心和线圈的参数不变，此时需要多大电流，才能建立0.01Wb的磁通。解:（1）T并非常数，它随B值而变，一般在已知B时查阅材料磁化曲线确定H，它与此处所得结果相同，说明给定的是准确的。总磁动势为A·匝AV（2）因气隙中的截面积和磁通与铁心相同，故B0=1T，所以A/mA·匝总磁动势为A·匝A在磁路中总是希望空气隙尽可能小，以降底气隙磁阻，使相应的磁动势建立更大的磁通。5.2电磁铁与变压器5.2.1电磁铁利用通电线圈在铁心里产生磁场，由磁场产生吸力的机构统称为电磁铁。电磁铁是把电能转换为机械能的一种设备，通过电磁铁的衔铁可以获得直线运动和某一定角度的回转运动。电磁铁是一种重要的电器设备。工业上经常利用电磁铁完成起重、制动力、吸持及开闭等机械动作。在自动控制系统中经常利用电磁铁附上触头及相应部件做成各种继电器、接触器、调整器及驱动机构等电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。它的结构形式通常有图5.7所示的几种。(1)直流电磁铁电磁铁的吸力是它的主要参数之一。吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中磁感应强度B0的平方成正比。计算吸力的基本公式为（N）（5-25）式中，B0的单位是T，S0的单位是m2。国际单位制中，F的单位是N。直流电磁铁的特点：1)铁心中的磁通恒定，没有铁损，铁心用整块材料制成；2)励磁电流I=U/R，与衔铁的位置无关，外加电压全部降在线圈电阻R上，R的电阻值较大；3)当衔铁吸合时，由于磁路气隙减小，磁阻随之减小，磁通Φ增大，因而衔铁被牢牢吸住。衔铁吸合过程中励磁电流I、吸力F与气隙长度的关系曲线如图5.8所示。(2)交流电磁铁当交流电通过线圈时，在铁心中产生交变磁通，因为电磁力与磁通的平方成正比，所以当电流改变方向时，牵引力的方向并不变，而是朝一个方向将衔铁吸向铁心，正如永久磁铁无论N极或S极都因磁感应会吸引衔铁一样。交流电磁铁中磁场是交变的，设气隙中的磁感应强度是，则吸力为（5-26）式中，是电磁吸力的最大值。由上式可知，吸力的瞬时值是由两部分组成，一部分为恒定分量，另一部分为交变分量。但吸力的大小取决于平均值，设吸力平均值为F，则有（N）（5-14）可见吸力平均值等于最大值的一半，这说明在最大电流值及结构相同的情况下，直流电磁铁的吸力比交流电磁铁的吸力大一倍。如在交流励磁磁感应强度的有效值等于直流励磁磁感应强度的值时，则交流电磁吸力平均值等于直流电磁吸力。虽然交流电磁铁的吸力方向不变，但它的大小是变动的，如图5.9所示。当磁通经过零值时，电磁吸力为零，往复脉动100次，即以两倍的频率在零与最大值Fm之间脉动，因而衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪声，同时触点容易损坏。为了消除这种现象，可在磁极的部分端面上套一个短路环，如图5.10所示。于是在短路环中便产生感应电流，以阻碍磁通的变化，使在磁极两部分中的磁通Φ1之Φ2间产生一相位差，因而磁极各部分的吸力也就不会同时降为零，这就消除了衔铁的颤动，当然也就消除了噪声。交流电磁铁的特点如下：1)由于励磁电流I是交变的，铁心中产生交变磁通，一方面使铁心中产生磁滞损失和涡流损失，为减少这种损失，交流电磁铁的铁心一般用硅钢片叠成。另一方面使线圈中产生感应电动势，外加电压主要用于平衡线圈中的感应电动势，线圈电阻R较小。2)励磁电流I与气隙大小有关。在吸合过程中，随着气隙的减小，磁阻减小，因磁通最大值Φm基本不变，故磁动势IN下降，即励磁电流I下降。3)因磁通最大值Φm基本不变，所以平均电磁吸力F在吸合过程中基本不变。励磁电流I、平均电磁吸力F和气隙的关系如图5.8所示。由图5.8可知，交流电磁铁通电后，若衔铁被卡住不能吸合，则因气隙大，励磁电流要比衔铁吸合时大得多，这将造成线圈因电流过大而被烧毁。图5.9交流电磁铁的吸力图5.10短路环例5.2已知交流电磁铁磁路如图5.11所示，衔铁受到弹簧反作用力10N，额定电压UN=220V，空隙平均为3cm，求铁心截面和线圈匝数。设漏磁系数σ=1.5。考虑到线圈电阻及漏抗电压降，线圈上的有效电压取为额定电压的80%。解:一般交流电磁铁磁路的磁感应强度B可在0.2~1T范围内选择，在此处选定B=0.5T于是铁心截面积S可由下式求得或cm2有效电压V磁通Wb匝数匝5.4.2变压器变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，它的基本作用是变换交流电压，即把电压从某一数值的交流电变为频率相同电压为另一数值的交流电。在输电方面，为了节省输电导线的用铜量和减少线路上的电压降及线路的功率损耗，通常利用变压器升高电压；在用电方面，为了用电安全，可利用变压器降低电压。此外，变压器还可用于变换电流大小和变换阻抗大小。变压器的种类很多，根据其用途不同有：远距离输配电用的电力变压器；机床控制用的控制变压器；电子设备和仪器供电电源用的电源变压器；焊接用的焊接变压器；平滑调压用的自耦变压器；测量仪表用的互感器以及用于传递信号的耦合变压器等。无论何种变压器，其基本构造和工作原理是相同的，都由铁磁材料构成的铁芯和绕在铁芯上的线圈（亦称绕组）两部分组成。变压器常见的结构型式有两类：芯式变压器和壳式变压器。如图5.12所示，芯式变压器的特点是绕组包围铁芯，它的用铁量较少，构造简单，绕组的安装和绝缘处理比较容易，因此多用于容量较大的变压器中。壳式变压器如图5.13所示，其特点是铁芯包围绕组。这种变压器用铜量较少，多用于小容量的变压器。图5.12芯式变压器图5.13壳式变压器变压器最基本的结构是铁芯和绕组。铁芯是变压器的磁路部分，为了减少铁芯中的涡流损耗，铁芯通常用含硅量较高、厚度为0.35mm的硅钢片交叠而成，为了隔绝硅钢片相互之间的电的联系，每一硅钢片的两面都涂有绝缘清漆。绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜导线或铝导线绕制，绕制时多采用圆柱形绕组。通常电压高的绕组称为高压绕组，电压低的绕组称为低压绕组，低压绕组一般靠近铁芯放置，而高压绕组则置于外层。为了防止变压器内部短路，在绕组和绕组之间，绕组和铁芯之间，以及每绕组的各层之间，都必须绝缘良好。除了铁芯和绕组之外，变压器一般有外壳，用来保护绕组免受机械损伤，并起散热和屏蔽作用。较大容量的还具有冷却系统、保护装置以及绝缘套管等。大容量变压器通常采用三相变压器。(1)变压器基本原理图5.14为变压器原理图。为了便于分析，图中将原绕组和副绕组分别画在两边。与电源连接的一侧称为原边（或称初级），原边各量均用下脚”1”表示，如N1,u1,i1等；与负载连接的一侧称为副边（或称次级），副边各量均用下脚”2”表示，如N2，u2,i2等。下面分空载和负载两种情况来分析变压器的工作原理。1)变压器空载运行及电压变换变压器空载运行是将变压器的原绕组两端加上交流电压，副绕组不接负载的情况。在外加正弦交流电压u1作用下，原绕组内有电流i0流过。由于副绕组开路，副绕组内没有电流，故将此时原绕组内的电流i0称为空载电流。该电流通过匝数为N1的原绕组产生磁动势i0N1,并建立交变磁场。由于铁芯的导磁系数比空气或油的导磁系数大得多，因而绝大部分磁通经过铁芯而闭合，并与原、副绕组交链，这部分磁通称为主磁通，用Φ表示。主磁通穿过原绕组和副绕组，并在其中感应产生电动势e1和e2。另有一小部分漏磁通ΦS1不经过铁芯而通过空气或油闭合，它仅与原绕组本身交链。漏磁通在变压器中感应的电动势仅起电压降的作用，不传递能量。下面讨论中均略去漏磁通及漏磁通产生的电压降。上述的电磁关系可表示如下：（5-15）（5-16）u20为副绕组的空载端电压。由基尔霍夫电压定律，按图5.21所规定的电压、电流和电动势的正方向，可列出原、副绕组的瞬时电压平衡方程式，即（5-17）式中，R1为原绕组的电阻。若用相量形式表示，式（5-24）可写成(5-18)由于一般变压器在空载时励磁电流io很小，通常为原绕组额定电流的3%-10%，所以原绕组的电阻压降ioR1很小，可近似认为或因此(5-19)其有效值之比为(5-20)式中，K称为变压器的变比，亦即原、副绕组的匝数比。当K<1时，为升压变压器；当K>1时，为降压变压器。必需指出，变压器空载时，若外加电压的有效值U1一定，主磁通ΦM的最大值也基本不变，如,则有(5-21)用有效值形式表示(5-22)在式（5-22）中：当f、N1为定值时，主磁通最大值ΦM的大小只取决与外加电压图5-15变压器的负载运行有效值U1的大小，而与是否接负载无关。若外加电压U1不变，则主磁通ΦM也不变。这个关系对分析变压器的负载运行及电动机的工作原理都非常重要。2)变压器负载运行及电流变换变压器负载运行是将变压器的原绕组接上电源，副绕组接有负载的情况。如图5.15所示。副绕组接上负载Z后，在电动势e2的作用下，副边就有电流i2流过，即副边有电能输出。原绕组与副绕组之间没有电的直接联系，只有磁通与原、副绕组交链形成的磁耦合来实现能量传递。那么，原、副绕组电流之间关系怎样呢？变压器未接负载前其原边电流为io，它在原边产生磁动势i0N1，在铁芯中产生的磁通Φ。接上负载后，副边电流i2产生磁动势i2N2，根据楞次定律，i2N2将阻碍铁芯中主磁通Φ的变化，企图改变主磁通的最大值ΦM。但是，当电源电压有效值U1和频率f一定时，由式U1=E1=4.44fN1ΦM可知，U1和ΦM近似恒定。因而，随着负载电流i2的出现，通过原边电流io及产生的磁动势i0N1必然也随之增大，至i1N1以维持磁通最大值ΦM基本不变，即与空载时的ΦM大小接近相等。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）应该与空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1差不多相等，即用相量表示（5-23）式（5-23）称为磁动势平衡方程式。有载时，原边磁动势i1N1可视为两个部分：iON1用来产生主磁通Φ；i2N2用来抵消副边电流i2所建立的磁动势i2N2以维持铁芯中的主磁通最大值ΦM基本不变。由式（5-23）得到（5-24）一般情况下，空载电流IO只占原绕组额定电流I1N的3%—10%，可以略去不计。于是式（5-24）可写成（5-25）由式（5-25）可知，原、副绕组的电流关系为（5-26）式（5-26）表明变压器原、副绕组的电流之比近似与它们的匝数成反比。必须注意，式（5-26）是在忽略空载电流的情况下获得的，若变压器在空载或轻载下运行就不适用了。变压器负载运行时的电磁关系如下：3)阻抗变换变压器除了变换电压和变换电流外，还可进行阻抗变换，以实现“匹配”。在图5.16(a)中，负载阻抗Z接在变压器副边，而图中的虚线框部分可用一个阻抗来等效代替，如图5.16(b)所示。两者的关系可通过下面计算得出：图5.16阻抗变换根据式（5-20）和式（5-26）可得出由图5.16a可知：由图5.16b可知：代入后得(5-27)式（5-27）中和z为阻抗的大小。它表明在忽略漏磁阻抗影响下，只需调整匝数比，就可把负载阻抗变换为所需要的数值，且负载性质不变。通常称为阻抗匹配。例5.3有一信号源的电动势为1.5V，内阻抗为300Ω，负载阻抗为75Ω。欲使负载获得最大功率，必须在信号源和负载之间接一阻抗匹配变压器，使变压器的输入阻抗等于信号源的内阻抗，如图5.17所示。问变压器的变压比，原、副边的电流各为多少？图5.17例5.3电路图解：依题意：负载阻抗z=75Ω，变压器的输入阻抗Ω。应用变压器的阻抗变换公式，可求得变比为因此，信号源和负载之间接一个变比为2的变压器就能达到阻抗匹配的目的。这时变压器的原边电流mA副边电流mA(2)变压器的外特性、功率和效率1)变压器的额定值使用变压器时，应了解变压器的额定值。变压器正常运行的状态和条件,称为变压器的额定工作情况,而表征变压器额定工作情况的电压、电流和功率等数值，称为变压器的额定值，它一般标在变压器的铭牌上。额定容量SN变压器的额定容量指它的额定视在功率，以伏安（VA）或千伏安(kVA)为单位。在单相变压器中，，在三相变压器中，。额定电压U1N和U2N原绕组的额定电压U1N是指原绕组上应加的电源电压或输入电压，副绕组的额定电压U2N是指原绕组加上额定电压时副绕组的空载电压（U20）。在三相变压器铭牌上给出的额定电压U1N和U2N均为原、副绕组的线电压。额定电流I1N和I2N变压器的额定电流I1M和I2N是根据绝缘材料所允许的温度而规定的原、副绕组中允许长期通过的最大电流值。在三相变压器中，I1N和I2N均原、副绕组的线电流。变压器的额定值决定于变压器的构造和所用的材料。使用变压器时一般不能超过其额定值，此外，还必须注意：其工作温度不能过高，原、绕组必须分清，并防止变压器绕组短路，以免烧毁变压器。2)变压器的外特性变压器的外特性是指电源电压U1、f1为额定值，负载功率因数cosφ2一定时，U2随I2变化的关系曲线，即U2=f(I2)，如图5.18所示。图5.18变压器的外特性从外特性曲线中可清楚地看出，负载变化时所引起的变压器副边电压U2的变化程度，既与原、副绕组的漏磁阻抗（包括原副绕组的电阻及漏磁感抗）有关，又与负载的大小及性质有关。对于电阻性和电感性负载而言，U2随负载电流I2的增加而下降，其下降程度还与负载的功率因数有关。对电容性负载来说，U2可能高于U2N，外特性曲线是上翘的。由外特性曲线还可以看到，电阻性负载时，U2的变化也随之增大。变压器副边电压U2随I2变化的程度用电压变化率△U表示，即%（5-28）在一般变压器中，由于其绕组电阻和漏磁感抗均甚小，电压变化率是不大的，约2%--5%。变压器的电压变化率表征了电网电压的稳定性，一定程度上反映了变压器供电的质量，是变压器的主要性能指标之一。为了改善电压稳定性，对电感性负载，可在负载两端并联适当容量的电容器，以提高功率因数和减小电压变化率。3)变压器的功率变压器原绕组的输入功率为(5-29)式中φ1为原绕组电压与电流的相位差。变压器副绕组的输出功率为(5-30)式中φ2为副绕组电压与电流的相位差。输入功率与输出功率的差就是变压器所损耗的功率，即(5-31)变压器的功率损耗，包括铁损△PFe（铁芯的磁滞损耗和涡流损耗）和铜损△PCu（线圈导线电阻的损耗）。即(5-32)铁损和铜损可以用实验方法测量或计算求出，铜损与负载大小有关，是可变损耗；而铁损与负载大小无关，当外加电压和频率确定后，一般是常数。4)变压器的效率变压器的效率等于变压器输出功率与输入功率之比的百分值,即%%(5-33)变压器的效率较高。大容量变压器在额定负载时的效率可达98%--99%，小型电源变压器的效率约为70%--80%。变压器的效率还与负载有关，轻载时效率很低，因此应合理选用变压器的容量，避免长期轻载或空载运行。例5.4有一额定容量为2kVA、电压为380/110V的单相变压器。（1）求原、副边的额定电流；（2）若负载为110V、25W、cosφ=0.8的小型单相电动机，问满载运行时可接入多少这样的电动机？解：（1）原、副边的额定电流为AA（2）每台小电机的额定电流为A故可接(3)变压器绕组的极性变压器在使用中有时需要把绕组串联以提高电压，或把绕组并联以增大电流，但必须注意绕组的正确连接。例如，一台变压器的原绕组有相同的两个绕组，如图5.27(a)中的1—2和3—4。假定每个绕组的额定电压为110V，当接到220V的电源上时，应把两绕组的异极性端串联，如图5.27(b)；接到110V的电源上时，应把两绕组的同极性端并联，如图5.27(c)。如果连接错误，若串联时将2和4两端联在一起，将1和3两端接电源，此时两个绕组的磁动势就互相抵消，铁芯中不产生磁通，绕组中也就没有感应电动势，绕组中将流过很大的电流，把变压器烧毁。图5.19变压器绕组的正确连接为了正确联接，在线圈上标以记号“·”。标有“·”号的两端称为同极性端，又称同名端。图5.19中的1和3是同名端，当然2和4也是同名端。当电流从两个线圈的同名端流入（或流出）时，产生的磁通方向相同；或者当磁通变化（增大或减小）时，在同名端感应电动势的极性也相同。在图5.20中，绕组中的电流是增加的，故感应电动势e的极性（或方向）如图5.20所示。应该指出，只有额定电流相同的绕组才能串联，额定电压相同的绕组才能并联，否则，即使极性联接正确，也可能使其中某一绕组过载。如果将其中一个线圈反绕，如图5.28所示，则1和4两端应为同名端。串联时应将2和4两端联在一起。可见，同名端的标定，还与绕圈的绕向有关。图5.20线圈反绕当一台变压器引出端未注明极性或标记脱落，或绕组经过浸漆及其他工艺处理，从外观上已看不清绕组的绕向时，通常用下述两种实验方法来测定变压器的同名端。1)交流法用交流法测定绕组极性的电路如图5.21(a)所示。将两个绕组1—2和3—4的任意两端（如2和4）联接在一起，在其中一个绕组（如1—2）的两端加一个比较低的便于测量的交流电压。用伏特计分别测量1、3两端的电压U13和两绕组的电压U12及U34的数值是两绕组的电压之差，即U13=U12-U34，则1和3是同极性端；若U13是两绕组电压之和，即U13=U12+U34，则1和4是同极性端。2)直流法用直流法测定绕组极性的电路如图5.21(b)所示。当开关S闭合瞬间，如果电流计的指针正向偏转，则1和3是同极性端，若反向偏转，则1和4的同极性端。（a）交流法（b）直流法图5.21测定变压器的同名端第六章电动机学习要点：三相异步电动机及其转动原理本章主要介绍交流电动机的基本构造、工作原理、转速与转矩之间的机械特性及起动、反转、调速及制动的基本原理和使用方法等。6．1三相异步电动机的构造   三相异步电动机分主要由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两个基本部分组成。见下图   三相异步电动机的定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的三相定子绕组组成。见下图三相异步电动机的转子铁心是圆柱状的，也是用硅钢片叠成，表面冲有槽，用来放置转子绕组。转子铁心装在转轴上，轴上加机械负载。   根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式两种。   鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。见下图绕线式异步电动机的转子绕组同定子绕组一样也是三相的，它联接成星型。每相绕组的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。在环上用弹簧压着碳质电刷。   起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组联接，见下图6．2旋转磁场1.旋转磁场的产生   三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内,按一定规律连接成三相对称结构。三相绕组AX，BY，CZ在空间互成1200,它可以联接成星形,也可以联接成三角形。当三相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流iA、iB、iC：iA=ImsinωtiB=Imsin(ωt－120o)iC=Imsin(ωt＋120o)   电流的参考方向和随时间变化的波形图见下图。       旋旋转磁场的产生过程(见下图)：   由分析可知,当定子绕组中通入三相电流后,当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着,这就是旋转磁场。这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。2.旋转磁场的转向从旋转磁场可以看出，在ωt=00的时，A相的电流iA=0，此时旋转磁场的轴线与A相绕组的轴线垂直；当ωt=900时，A相的电流iA=+Im达到最大，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。三相电流出现正幅值的顺序为A—B—C，因此旋转磁场的旋转方向是与通入绕组的电流相序是一致的，即旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。如果将与三相电源相联接的电动机三根导线中的任意两根的对调一下，则定子电流的相序随之改变，旋转磁场的旋转方向也发生改变。电动机就会反转，见下图3.旋转磁场的极数三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相定子绕组的安排有关。在上图的情况下,每相绕组只有一个线圈,三相绕组的始端之间相差1200，则产生的旋转磁场具有一对极,即p=1。如将定子绕组按下图所示安排。即每相绕组有两个均匀安排的线圈串联,三相绕组的始端之间只相差600的空间角,则产生的旋转磁场具有两对极,即p=2，见下图。同理,如果要产生三对极,即p=3的旋转磁场,则每相绕组必须有均匀安排的三个线圈串联，三相绕组的始端之间相差400的空间角。4.旋转磁场的转速三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速决定于旋转磁场的极数。可以证明在磁极对数p=l的情况下,三相定子电流变化一个周期，所产生的合成旋转磁场在空间亦旋转一周。当电源频率为f时，对应的旋转磁场转速n0=60f。当电动机的旋转磁场具有p对磁极时，合成旋转磁场的转速为：式中n0称为同步转速即旋转磁场的转速，其单位为r/min(转/分)；我国电力网电源频率f=50Hz,故当电动机磁极对数p分别为1、2、3、4时,相应的同步转速n0分别为3000、1500、1000、750r/min。6.3电动机的转动原理1.下图为三相异步电动机工作原理示意图。工作原理：根据安培定律，载流导体与磁场相互作用而产生电磁力F，其方向由左手定则决定。电磁力对于转子转轴所形成的转矩称为电磁转矩T，在它的作用下，电动机转子便转动起来。三相定子绕组接至当三相电源后，三相绕组内将流过对称的三相电流，并在电动机内产生一个旋转磁场。当p=l时，图中用一对以恒定同步转速n0（旋转磁场的转速）按顺时针方向旋转的电磁铁来模拟该旋转磁场，在它的作用下，转子导体逆时针方向切割磁力线而产生感应电动势。感应电动势的方向由右手定则确定。由于转子绕组是短接的,所以在感应电动势的作用下，产生感应电流，即转子电流I2。即异步电动机的转子电流是由电磁感应而产生的，因此这种电动机又称为感应电动机。由图可见，电磁转矩与旋转磁场的转向是一致的，故转子旋转的方向与旋转磁场的方向相同。但电动机转子的转速n必须低于旋转磁场转速n0。如果转子转速达到n0，那末转子与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体将不切割磁通,于是转子导体中不会产生感应电动势和转子电流，也不可能产生电磁转矩，所以电动机转子不可能维持在转速n0状态下运行。可见该电动机只有在转子转速n低于同步转速n0时,才能产生电磁转矩并驱动负载稳定运行。因此这种电动机称为异步电动机。2.转差率异步电动机的转子转速n与旋转磁场的同步转速n0之差是保证异步电动机工作的必要条件。这两个转速之差与同步转速之比称为转差率，用s表示，即由于异步电动机的转速n<n0，且n>0，故转差率在0到1的范围内,即0<s<1。对于常用的异步电动机,在额定负载时的额定转速sN很接近同步转速，所以它的额定转差率sN很小，约为0.01-0.07,s有时也用百分数来表示。3.异步电动机的铭牌数据铭牌标记着电动机的型号，各种额定值和联接方式等。按电动机铭牌所规定的条件和额定值运行，成为额定运行状态。4.电动机的选择电动机的功率选择一般以电动机的功率比被带动的生产机械的功率稍大为宜。一般情况下，三相异步电动机的额定电压选用线电压为380V的电源。三相异步电动机的极数不同转速也不同。同步转速n1为n1=60f/pp：为磁极对数。F：为三相交流电源的频率。若拖动负载运载，则电动机的转速比同步转速底4％左右。电动机的型号选择主要根据电动机所拖动的生产机械及工作环境来确定。第七章常用半导体学习要点：半导体二极管工作原理半导体三极管工作原理7.1半导体基本知识1.本征半导体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。用得最多的半导体是锗和硅，都是四价元素。将锗或硅材料提纯后形成的完全纯净、具有完整晶体结构的半导体就是本征半导体。　　　　　　　本征半导体结构示意图半导体的导电能力在不同条件下有很大差别。一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。但有些半导体在温度增高、受光照等条件下，导电能力会大大增强，利用这种特性可制造热敏电阻、光敏电阻等器件。更重要的是，在本征半导体中掺入微量杂质后，其导电能力就可增加几十万乃至几百万倍，利用这种特性就可制造二极管、三极管等半导体器件。 半导体的这种与导体和绝缘体截然不同的导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的：在半导体价键结构中，价电子（原子的最外层电子）不像在绝缘体（8价元素）中那样被束缚得很紧，在获得一定能量（温度增高、受光照等）后，即可摆脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自由电时共价键中留下的空位称为空穴。本征半导体中的自由电子和空穴在外电场的作用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子电流，一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的空穴电流。也就是说，在半导体中存在自由电子和空穴两种载流子，这是半导体和金属在导电机理上的本质区别。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断复合，在一定温度下达到动态平衡，载流子便维持一定数目。温度愈高，载流子数目愈多，导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能的影响很大。载流子——能运载电荷做定向移动并形成电流的粒子2.掺杂半导体本征半导体中载流子数目极少，导电能力仍然很低。但如果在其中掺入微量的杂质，所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。由于掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为N型和P型两大类。本征半导体中掺入磷或其他五价元素，就构成N型半导体。半导体中的自由电子数目大量增加，自由电子成为多数载流子，空穴则成为少数载流子本征半导体中掺入硼或其他三价元素，就构成P型半导体。半导体中的空穴数目大量增加，空穴成为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。     应注意，不论是N型半导体还是P型半导体，虽然都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的。7.2　PN结　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.PN结的形成通过某些方式将P型半导体和N型半导体结合在一起，则在它们的交接面上将形成PN结。PN结的形成图a所示的是一块晶片，两边分别形成P型和N型半导体。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽)，形成载流子极少的正负空间电荷区（如图b所示），也就是PN结，又叫耗尽层。正负空间电荷在交界面两侧形成一个由N区指向P区的电场，称为内电场，它对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。同时，内电场对少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）则可推动它们越过空间电荷区，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条件下（例如温度一定），多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。2.PN结的单向导电性PN结具有单向导电的特性，这也是半导体器件的主要工作机理。如果在PN结上加正向电压，外电场与内电场的方向相反，使空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（由P区流向N区的正向电流）。在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，这时PN结呈现的电阻很低，即PN结处于导通状态。PN结加正向电压时导通       如果在PN结上加反向电压，外电场与内电场的方向一致，使空间电荷区变宽，内电场增强，使多数载流子的扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。由于少数载流子数量很少，因此反向电流不大，PN结的反向电阻很高，即PN结处于截止状态。由以上分析可知，PN结具有单向导电性。PN结加反向电压时截止  7.3半导体二极管1.二极管结构将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。P区对应的称为阳极（或正极），N区对应的称为阴极（或负极）点接触型面接触型表示符号按结构分，二极管有点接触型和面接触型两类。点接触型（一般为锗管），它的PN结结面积很小，因此不能通过较大电流，但其高频性能好，一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。面接触型（一般为硅管），它的PN结结面积大，因此能通过较大电流，但其工作频率较低，一般用作整流元件。2.二极管的伏安特性二极管既然是一个PN结，当然具有单向导电性，其伏安特性曲线如 图中Uon称为死区电压，通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。当外加正向电压低于死区电压时，外电场还不足以克服内电场对扩散运动的阻挡，正向电流几乎为零。当外加正向电压超过死区电压后，内电场被大大削弱，正向电流增长很快，二极管处于正向导通状态。导通时二极管的正向压降变化不大，硅管约为0.6～0.8V，锗管约为0.2～0.3V。温度上升，死区电压和正向压降均相应降低。二极管的伏安特性图中UBR称为反向击穿电压，当外加反向电压低于UBR时，二极管处于反向截止区，反向电流几乎为零，但温度上升，反向电流会有增长。当外加反向电压超过UBR后，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为击穿。普通二极管被击穿后，由于反向电流很大，一般会造成“热击穿”，不能恢复原来性能，也就是失效了。　二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性，可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中用作开关元件等。7.4半导体三极管1.半导体三极管结构图所示为三极管的几种常见外形，其共同特征就是具有三个电极，这就是“三极管”简称的来历。                  通俗来讲，三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。三层结构即为三极管的三个区,中间比较薄的一层为基区，另外两层同为N型或P型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。三个区各自引出三个电极，分别为基极（b）、发射极（e）和集电极（c）。如图所示，三层结构可以形成两个PN结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。三极管内部结构中有两个具有单向导电性的PN结，因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。如上图是三极管的结构示意图，这种电路接法称为共射电路。其中，直流电压源Vcc应大于Vbb，从而使电路满足放大的外部条件：发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻Rb，基极电流IB，集电极电流Ic和发射极电流IE都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论：SHAPE\*MERGEFORMAT（1）IE＝IB＋IC(符合克希荷夫电流定理）（2）IC≈IB×β（β称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）（3）△IC≈△IB×β把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。2.三极管的放大原理以下用NPN三极管为例说明其内部载流子运动规律和电流放大（1）发射区向基区扩散电子：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。（2）电子在基区扩散和复合：由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流IB，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。   三极管内部载流子运动与外部电流（3）集电区收集从发射区扩散过来的电子：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3.三极管的输入输出特性三极管的输入输出特性（1）输入特性三极管的输入特性是指当集-射极电压UCE为常数时，基极电流IB与基-射极电压UBE之间的关系曲线。由图可见，和二极管的伏安特性一样，三极管的输入特性也有一段死区，只有当UBE大于死区电压时，三极管才会出现基极电流IB。通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。三极管的输入特性曲线在正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE为0.6～0.7V，PNP型锗管的发射结电压UBE为-0.2～-0.3V。（2）输出特性三极管的输出特性是指当基极电流IB一定时，集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以三极管的输出特性是一组曲线。通常把输出特性曲线分为三个工作区：a.放大区：输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区,IC＝IB×β,由于在不同IB下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使UBE>0，UBC<0。b.截止区：IB＝0的曲线以下的区域称为截止区。实际上，对NPN硅管而言，当UBE＜0.5V时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使UBE≤0V，此时发射结和集电结均处于反向偏置。c.饱和区：输出特性曲线的陡直部分是饱和区，此时IB的变化对IC的影响较小，放大区的β不再适用于饱和区。在饱和区，UCE＜UBE，发射结和集电结均处于正向偏置。4.三极管主要参数（1）电流放大倍数，(直流电流放大系数交流电流放大系数（2）集电极最大允许电流ICM，这个电流一般不允许超过。（3）集电极最大允许耗散功率PCM，这个功率绝对不允许超过。（4）集-射极的反向饱和电流ICEO。也称三极管穿透电流。（5）集-射极反向击穿电压U（BR）CEO，是基极开路时，集-射之间的最大允许电压，不允许超过。第八章基本放大电路学习要点：共射放大电路组成、工作原理、性能特点及分析方法射极输出器基本特点，差动放大电路及功率放大电路工作原理多级放大电路概念8.1基本交流放大电路的工作原理如（a）图所示是共射极放大电路，该电路具有电流放大作用。而通过Rc的作用，则可以将电流的变化转化为输出电压的变化，从而使电路具有电压放大作用。但在这个电路中，只有在“Ui>死区电压”的条件下，即发射结处于正向偏置时，三极管才具有放大作用。                                                 阻容耦合共射放大电路  它可以放大交流信号ui，因为连接到Vcc的偏置电阻Rb可以引入直流偏置，使发射结始终处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流。电容C1、C2一方面起到交流耦合作用，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。另一方面又起到隔直作用，隔断信号源、放大电路和负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系，互不影响。整体来说，交流信号ui通过电容C1耦合并由偏置电阻Rb引入直流偏置后输入三极管，经过三极管的电流放大、Rc电阻的电流电压变换以及电容C2的隔直耦合，输出即为放大后的交流信号u0。电源Vcc除了保证电路满足发射结正偏，集电结反偏的放大外部条件外，还是放大电路的能量来源。　注意：晶体管是放大电路中的放大元件，利用它的电流放大作用，在集电级电路获得放大了的电流，这电流受输入信号的控制。如果从能量观点来看，输入信号的能量是较小的，而输出的能量是较大的，但这不是说放大电路把输入的能量放大了。能量是守恒的，不能放大，输出的较大能量是来自直流电源Ec。也就是能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源Ec所提供的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。这就是放大作用的实质，而晶体管也就是说是一个控制元件。8.2放大电路的分析方法我们可以将放大电路分为直流通路、交流通路来分别进行静态和动态分析。1.静态时的放大电路当输入信号为零时（Ui=0）电路中各电压，电流都是直流量，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称为静态。由于静态时的电压和电流值可用三极管特性曲线上的一个确定的点表示，故习惯称此点为静态工作点，用Q表示。一般由放大电路的直流通道用近似估算法求得。对于直流信号而言，电容相当于开路，则直流通道如（a）图所示2.动态时的放大电路当输入信号不等于零时，放大电路的工作状态称为动态。此时电路中既有直流量又有交流量。一般用放大电路的交流通道来分析其动态性能。对于交流信号而言，电压源Vcc和电容C1，C2都视为短路。则交流通道如（b）图所示。3.共射极放大电路的静态分析放大电路的静态分析有近似估算法和图解法两种。1．用近似估算法确定静态工作点对NPN管一般取UBE=0.7V）：IB=（Vcc－0.67)/RbIc=βxIBUCE=Vcc–IcxRc(反映Ic和UCE关系的直线方程，称为直流负载线)用图解法确定静态工作点（1）用估算法确定IB（2）确定直流负载线（图中的红线）uCE=Vcc-iCRc这条直线方程的斜率为：-1/Rc（3）直流负载线与iB=IB对应的那条输出特性曲线的交点Q，即为静态工作点。4.共射放大电路的动态分析对放大电路进行动态分析时，常采用图解和微变等效电路分析法。(1)图解法直流负载线反映静态时电流Ic和电压UCE的变化关系，根据直流通路分析，其斜率仅与电阻Rc有关。交流负载线则反映动态时电流ic和电压uCE的变化关系，根据交流通路分析，其斜率不仅与电阻Rc有关，还和与其并联的负载电阻RL有关，所以交流负载线比直流负载线要陡直一些。而且当输入电流为零时，放大电路仍应工作在静态工作点Q，可见交流负载线也要通过Q点。             直流负载线和交流负载线                          上图反映了基本共射放大电路的各电路参数的波形及其与三极管输入输出特性的关系，可以帮助我们更好地了解放大电路的工作特性。由上图可知，放大后的输出信号uo与输入信号ui反相。由图解法可得出如下几个结论：未加输入信号时，三极管各极间的电压和各极的电流都是恒定的直流量。加上输入信号后，各个量都在静态直流量的基础上叠加了一个交流量。当输入信号ui是正弦波时，电路中各交流分量都是与输入信号ui同频率的正弦波。ui与ube,ib,ic同相，与uce,uo反相。所以输出电压与输入电压反相，这是共射放大电路的特点。输出电压的幅度比输入电压的幅度大的多。但放大作用只能是输出的交流分量和输入信号的关系，决不能将直流分量包含在内。图解法多用于分析输出幅度较大而工作频率不太高的情况。为保证放大电路的动态特性，静态工作点位置应该处于负载线的中点附近，否则将可能引起输出信号的失真。                       静态工作点下移造成输出信号出现失真静态工作点上移造成输出信号出现失真上图所示为静态工作点下移造成输出信号出现失真的情况，由于该失真是因为放大电路的工作范围进入截止区而造成的，所以称为截止失真。    上图所示为静态工作点上移造成输出信号出现失真的情况，由于该失真是因为放大电路的工作范围进入饱和区而造成的，所以称为饱和失真。此外，输入信号的幅值不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。实际上，只要静态工作点合适，在小信号放大电路中，此条件一般都能满足。(2)微变等效电路分析法根据三极管的输入输出特性可知，三极管是非线性放大元件，但当三极管工作在小信号（微变量）情况下，静态工作点附近的输入输出特性曲线就可以用直线段近似代替，这就是所谓对三极管的线性化，这样也就可以像处理线性电路那样来处理三极管放大电路。如下图示，我们可以利用三极管的微变等效电路代替放大电路中的三极管，对电路进行分析。电阻rbe数值较小，其估算公式为：rbe≈300（Ω）＋（1＋β）X26（mv）/IE（mA）。根据以上分析，可得出                             bb                                       c三极管的微变等效电路由三极管的微变等效模型和放大电路的交流通路可得出如图所示的放大电路的微变等效电路，据此就可以对放大电路进行动态分析，主要包括：a.电压放大倍数的计算：Au＝－βx(RL∥Rc)/rbe  推导：                式中            故，    上式中的负号表示输出电压UO与输入电压Ui的相位相反。当放大电路的输出端开路（未接RL）时，          　b.放大电路输入电阻的计算ri＝RB∥rbe一个放大电路的输入端总是与信号源（或前级放大电路）相联的，其输出端总是与负载（或后级放大电路）相联的。因此放大电路与信号源和负载之间，都是互相联系，互相影响的。 放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻来等效替代。这个电阻是信号的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri，即               它是对交流信号而言的一个动态电阻。 如果放大电路的输入电阻较小，第一、将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二、经过信号源内阻RS和ri的分压，使实际加到放大电路的输入电压Ui减小，从而减小输出电压；第三、后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的输入负载，从而将会降低前级放大电路的电压放大倍数。因此通常希望放大电路的输入电阻能高一些。以图放大电路为例，其输入电阻可从它的微变等效电路计算：       c.放大电路输出电阻的计算ro≈Rc放大电路对负载（或后级放大电路）来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输入电阻。它是一个动态电阻。  如果放大电路的输出电阻较大（相当于信号源的内阻较大），当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。   放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的条件线求得。以放大电路为例，从它的微变等效电路看出，当Ui＝0，Ib＝0时，βIb和Ic也为零。共射级放大电路的输出电阻是从放大电路的输出端看见去的一个电阻。因为晶体管的输出电阻rce（也和衡流源βIb并联）很高，故     Rc一般为几千欧，因此共射级放大电路的输出电阻较高。通常计算ro时可将信号源短路，在输入端加一交流电压Uo,以产生一个电流I。，则放大电路的输出电阻为         　Ro越小，电路的带负载能力越大。8.3静态工作点稳定的放大电路上节所分析的电路属于固定偏置电路，理论和实践都表明，温度的变化会使三极管的参数变化，最终导致Ic的变化，使得电路的静态工作点发生漂移，严重时可使得三极管动态工作时进入饱和（或截止）区，而造成失真。下图（b）所示为可以稳定静态工作点的基本共射放大电路，称为分压偏置式放大电路。下图（c）则为该放大电路的直流通路，若使电流I2远大于偏置电流IB，则基极电位VB近似等于电阻Rb1和Rb2对电源Vcc的分压，可以认为VB与三极管参数无关，且不受温度影响。　  引入发射极电阻RE后，UBE＝VB－VE＝VB－IE×RE，若使VB远大于UBE，则可得：Ic≈IE≈VB/RE,即也可认为Ic不受温度影响，从而使静态工作点能够得以基本稳定。在分压偏置式放大电路中，发射极电阻RE的作用是稳定静态工作点。如果在RE两端并联电容CE，则放大电路的微变等效电路如下图（a）所示，此时RE对放大电路的动态特性没有影响。如果在发射极电阻RE两端没有并联电容CE，则放大电路的微变等效电路如下图（b）所示，此时RE将影响放大电路的动态特性，主要表现为降低电压放大倍数。　分析可知，接入RE可提高放大电路的输入电阻，但放大倍数却下降了，但若在RE两端并联上射极旁路电容Ce放大倍数虽可提高，但输入电阻又降低了。实际中常将RE分为两段，如下图所示，阻值小的一段不并接电容，另一段则并接电容。8.4多级放大电路单个放大电路的放大倍数有限，因此往往需要两级以上放大电路串联起来使用。在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式称为耦合，分为以下四种：1、阻容耦合2、直接耦合3、变压器耦合4、光电耦合下图所示为由一个分压偏置式共射放大电路和一个射极输出器组成的两级阻容耦合放大电路。其中，射极输出器除了可以降低整个电路的输出电阻外，由于其较高的输入电阻就是前级共射放大电路的负载电阻，根据共射放大电路电压放大倍数的计算公式可知，尽管射级输出器本身的电压放大倍数小于1，但仍然可以提高前级放大倍数，从而提高整个放大电路的放大倍数。第九章集成运算放大器学习要点：集成运算放大器组成反馈放大电路原理9.1集成运算放大器的组成运算放大器是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。随着半导体工艺的发展，运算放大器由分立元件电路发展到了集成运算放大器，其应用也远远超出信号运算的界限，在信号处理、信号测量及波形产生等方面获得广泛应用。集成运算放大器内部的多级放大电路可分为输入级、中间级、输出级以及偏置电路四个基本组成部分。参见『集成运放电路方框图』1.输入级都采用差动放大电路，有同相和反相两个输入端。输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。2.中间级主要进行信号放大，要求其电压放大倍数高，一般由共射放大电路构成。3.输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，一般由射极输出器构成。4.偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。下图（a）为集成运算放大器的符号，除图示的同相输入端、反相输入端和输出端外，还有未在图中标出的正电源端和负电源端（单电源运放则为接地）。在实际运放器件中，由于具体应用、封装等需要，有时还会增加一些辅助端（管脚），此外还有单片集成的多运放器件型号9.2理想运放在模拟信号运算方面的应用理想运放的基本应用可分为：线性应用和非线性应用。理想运放工作在线性区时，分析依据有两条：(1)由于输入电阻无穷大，故两个输入端的输入电流为零。(2)由于开环电压放大倍数无穷大，故两个输入端电位相等。我们这里只介绍线性应用中的模拟信号运算放大电路。1.反相比例运算电路电路如下图所示，其中电阻R引入反相输入信号Ui，电阻Rf引入深度负反馈，使运放工作于线性区，根据前述的两个分析依据，很容易可以推出：Up=Un=0V（即同相和反相输入端皆为虚地）Au=Uo/Ui=－Rf/R    由式可知为反相比例运算电路，若Rf=R，则Au=－1，即为反相器。　2.同相比例运算电路电路如上图所示，图中电阻R’引入同相输入信号Ui，电阻Rf引入深度负反馈，使运放工作于线性区，根据前述的两个分析依据，很容易可以推出Up=Un=UiAu=Uo/Ui=1＋Rf/R 由式可知为同相比例运算电路。若Rf=0或R=∞，则Au=1，即为电压跟随器。参见下图『电压跟随器』(3)反相求和运算电路如果在反相输入端增加若干输入电路（如下图所示），则构成反相求和（加法）运算电路。同样容易得出，当R1=R2=R3=Rf时，Uo=－（Ui1＋Ui2＋Ui3）　　(4)同相求和运算电路如果在同相输入端增加若干输入电路（如左图所示），则构成同相求和运算电路。容易得出，分析此电路时可先运用节点电压法求出Up，则Uo=(1＋Rf/R)xUp。(5)差分比例运算电路如果在同相和反相输入端分别加上输入信号（如左图所示），则构成差分比例运算电路。分析此电路可得，Uo=(Ui2－Ui1）xRf/R。若使Rf=R，则Uo=Ui2－Ui1，即为减法运算。9.3反馈放大电路反馈：就是将电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络，引回到输入回路，与输入量一起控制输出量的过程。反馈放大电路由基本放大器和反馈网络构成一个闭环系统，其中有两种信号流通方向：正向传输：信号从输入到输出的流向。反向传输：信号从输出到输入的流向。只有正向传输的电路称为开环系统。既有正向传输，又有反向传输的电路称为闭环系统。在电路中凡联系输入和输出回路的电路元件都是反馈元件。电路中凡有反馈元件存在，则电路有反馈，反之无反馈。（1）正反馈--反馈增强净输入信号，使放大倍数提高。负反馈--反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。判断反馈极性常采用瞬时极性法：先假定放大电路的输入端信号在某一瞬间对地的极性为（+），然后从输入端到输出端，标出放大电路中各点的瞬间极性，再得到反馈信号的极性，最后通过比较反馈信号的极性与输入信号的极性是相同或相反，从而判断对净得量是增强或是削弱。增强为正反馈，削弱为负反馈。（2）直流反馈——反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点交流反馈——反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能（3）电压反馈——反馈信号取自输出电压。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。电流反馈——反馈信号取自输出电流电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。（4）串联反馈——反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较。串联反馈使电路的输入电阻增大并联反馈——反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较。并联反馈使电路的输入电阻减小。负反馈对放大电路性能的一影响：提高了闭环放大倍数的稳定性。扩展通频带。减小非线形失真。抑制放大电路内部的干扰和噪声。第十章直流稳压电源学习要点：桥式整流电路及电容滤波电路的输出电压与变压器副边电压的关系桥式整流电路、电容滤波电路及串联型稳压电路的组成和工作原理3端集成稳压器的使用方法10.1直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成框图，图中各环节的功能如下：1、电源变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的交流电压（一般为降压）。2、整流电路：利用二极管等整流器件的单向导电特性，将交流电压变换为单向脉动电压。3、滤波电路：减小整流电压的脉动程度，以适合稳压电路的需要。4、稳压电路：在交流电源电压波动或负载变化时，使直流输出电压稳定。10.2单相整流电路1.单相桥式整流电路其中实线箭头表示交流电源处于正半周时的情况，虚线箭头则为交流电源处于正半周时的情况。可以看到，四个二极管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变，此即为全波整流。右图所示为单相桥式整流电路的波形图，根据波形图可知，单相桥式整流电压的平均值为：Uo≈0.9U2（U2为变压器副边输出电压的有效值）2.滤波电路由整流电路输出的电压的脉动成分很大，一般会由电容或电感等元件组成滤波电路进行滤波，使输出电压的波形平滑。电容滤波电路的组成及工作原理电路结构：上图（b）中虚线所示是不接电容时，负载上的脉动电压波形。实线所示是接电容后，负载上得到的较平直的直流电压。电容滤波使得输出电压脉动成分降低了，而直流成分提高了。这是由于电容器的储能作用。电容器的放电时间常数越大，放电过程越慢，则输出电压越高，脉动成分越小，滤波效果越好。3.稳压二极管及其稳压电路   经整流和滤波后的电压往往会随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化，而大多数电子设备都要求有很稳定的直流电源供电。最简单的直流稳压电源是采用稳压二极管来稳压的（如下图所示），　稳压二极管的伏安特性曲线其中R为限流电阻。稳压管稳压电路的输出电压即为稳压二极管的反向击穿电压Uz。（1）串联型直流稳压电路如图（b）示，电路由基准电压源，比较放大电路，调整电路和采样电路四部分组成。当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO升高时，有如下稳压过程：当UI升高，使得UO随之升高时，取样电压也升高，而基准电压基本不变，它与UF比较放大后，使调整管（三极管）基极电位降低，调整管的集电极电流减小，UCE增大，从而似输出电压UO维持基本不变。反之亦然。由此可见，电路的稳压实质是通过负反馈使输出电压维持稳定的过程。（2）集成稳压电路由于该集成稳压电路只有输入端，输出端和公共端三个引出端，故通常称为三端集成稳压器。结构框图如下：输出端下图所示为常用集成稳压电源的符号及外形图，其共同特点为具有三个接线端，所以一般将它们称为三端稳压器。选用时应根据工作电流选择合适的封装型号，在工作电流较大时应在器件的金属背衬上安装散热片，否则器件会应过热而烧坏。　　　下图分别为W7800、W7900和W117系列三端稳压电源的的基本应用电路。第十一章数制与编码学习要点：数制、各种数制之间的相互转换11.1数字信号与数字电路1.数字电路的概念模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。2.数字电路的特点（1）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和1两个逻辑值）。（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。（3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分0和1两种状态即可。11.2数制（1）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。（2）基数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。（3）位权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。1、十进制数码为：0～9；基数是10。运算规律：逢十进一如：(209.04)10＝2×102＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4×10－22、二进制数码为：0、1；基数是2。运算规律：逢二进一如：(101.01)2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2　＝(5.25)103、八进制数码为：0～7；基数是8。运算规律：逢八进一如：(207.04)10＝2×82＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4×8－2=(135.0625)1011.3几种进制数之间的对应关系 十进制数 二进制数 八进制数 十六进制数 0123456789101112131415 0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111 012345671011121314151617 0123456789ABCDEF1、二进制数与八进制数的相互转换（1）二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。（2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。(374.26)8=011111100.0101102、二进制数与十六进制数的相互转换3、十进制数转换为二进制数11.3编码用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的0~9十个数码。简称BCD码。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421BCD码。第十二章逻辑代数基础学习要点：逻辑代数的公式与定理逻辑函数化简12.1逻辑代数的运算法则逻辑代数或称布尔代数。它虽然和普通代数一样也用字母表示变量，但变量的值只有“1”和“0”两种，所谓逻辑“1”和逻辑“0”，代表两种相反的逻辑状态。在逻辑代数中只有逻辑乘（“与”运算），逻辑加（“或“运算）和求反（”非“运算）三种基本运算。基本运算法则1．2.3.4.5.6.7.8.9.交换率10．AB=BA11.A+B=B+A结合率12．ABC=(AB)C=A(BC)13.A+B+C=A+(B+C)=(A+B)+C分配率14．A(B+C)=AB+BC15.A+BC=(A+B)(A+C)吸收率16．A(A+B)=A17.A(+B)=AB18.A+AB=A19.A+B=A+B20.AB+B=A21.(A+B)(A+)=A22.23.12.2逻辑函数的表示方法逻辑函数常用逻辑状态表，逻辑表达式，逻辑图和卡诺图四种方法表示，它们之间可以相互转换。1)逻辑状态表逻辑状态表是用输入，输出变量的逻辑状态（“1”或“0”）以表格形式来表示逻辑函数的。输入变量有各种组合：两变量有四种；三变量有八种；四变量有十六种。如果有n个输入变量，则有种组合。2)逻辑表达式逻辑式是用“与“，”或“，”非“等运算来表达逻辑函数的表达式。3)逻辑图一般由逻辑式画出逻辑图。逻辑乘用“与“门实现，逻辑加用”或“门实现，求反用”非“门实现。因为逻辑表达式不是唯一的，所以逻辑图也不是唯一的。12.3逻辑代数的化简由逻辑状态表可写出的逻辑表达式，以及由此而画出的逻辑图，往往比较复杂。如果经过化简，就可以少用元件，可靠性也因而提高。1.用逻辑代数运算法则化简1)并项法应用，降两项合并为一项，并可消去一个或两个变量。2)配项法应用,将与乘积项相乘，而后展开，合并化简。3)加项法应用A+A=A，在逻辑式中加相同的项，而后合并化简。4)吸收法应用A+AB＝A，消去多余因子。2.应用卡诺图化简卡诺图：卡诺图，就是与变量的最小项对应的按一定规则排列的方格图，每以小方格填入一个最小项。N个变量有2n中组合，最小项就有2n个，卡诺图也相应有2n个小方格。在卡诺图的行和列分别标出变量及其状态。变量状态的次序是00，01，11，10，而不是二进制递增的次序00，01，10，11。这样排列是为了使任意两个相邻最小项之间只有一个变量改变。小方格也可用二进制数对应于十进制数编号，如图中的四变量卡诺图，也就是变量的最小项可用m0，m1，m2，…来编号。应用卡诺图化简应用卡诺图化简逻辑函数时，先将逻辑式中的最小项（或逻辑状态表中取值为“1“的最小项）分别用”1“填入对应的小方格内。应用卡诺图化简逻辑函数时的几点规定：(1)将取值为“1“的相邻小方格圈成矩形或方形，相邻小方格包括最上行与最下行及最左列与最右列同行或同行两端的两个小方格。所圈取值为”1“的相邻小方格的个数应为2n（n=0,1,2,3,…..）,即1，2，4，8，……,不允许3，6，10，12等。（2）圈的个数应最少，圈内小方格个数应尽可能多。每圈一个新的圈时，必须包含至少一个在已圈过的圈中未出现过的最小项，否则重复而得不到最简式。每一个取值为“1“的小方格可被圈多次，但不能遗漏。（3）相邻的两项可合并为一项，并消去一个因子；相邻的四项可合并为一项，并消去两个因子；类推，相邻的2n项可合并为一项，并消去n个因子。将合并的结果相加，即为所求的最简“与或“式。最小圈可只有一个小方格，不能化简。第十三章门电路和组合逻辑电路学习要点逻辑门电路的逻辑符号及逻辑功能组合电路的分析方法和设计方法典型组合逻辑电路的功能13.1基本逻辑运算和基本逻辑门在逻辑运算中，最基本的逻辑运算有三种：与运算，或运算和非运算。用来实现运算的电路，称为逻辑门，基本逻辑门有：与门。或门和非门。1.“与”门电路图示二极管“与”门电路，A,B,C是它的三个输入端，Y是输出端。其图形符号如图。在采用正逻辑时，高电位（高电平）为“1”，低电位（低电平）为“0”。“与”逻辑关系可用下式表示：Y=ABC“与”门的输入端只要有一个为“0”，输出端就为“0”。上图有三个输入端，输入信号有“1”和“0”两种状态，共有八种组合，因此可用下表列出八种组合，完整地表达所有可能的逻辑状态。 A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 12.“或”门电路下图示是二极管“或”门电路及其图形符号。“或”门的输入端只要有一个为“1”，输出端就为“1”。 如果有一个以上的输入端为“1”时，当然，输出端Y也为“1”。只有当三个输入端全为“0”时，输出端Y才为“0”，此时三管都导通。“或”逻辑关系可用下式表示：Y=A+B+C3.“非”门电路下图示的是晶体管“非”门电路及其图形符号。“非”门电路只有一个输入端A.当A为“1”（设其电位为3V）时，晶体管饱和，其集电极，即输出端Y为“0”（其电位在零伏附近）；当A为“0”时，晶体管截止，输出端Y为“1”（其电位近似等于）。所以“非”门电路也称为反相器。“非”逻辑关系可用下式表示：Y＝13.2组合逻辑电路的分析与设计1.分析组合逻辑电路的步骤大致如下：（1）由组合逻辑电路图逐级写出逻辑函数表达式。（2）应用卡诺图或公式法化简逻辑表达式。（3）由最简表达式列出真值表。（4）在真值表中分析逻辑功能。2.设计组合逻辑电路的步骤大致如下：（1）根据给的逻辑要求设定逻辑变量和逻辑函数以及它们的取值1和0时所表示的状态，建立真值表。（2）根据真值表，填好卡诺图，再用卡诺图化简逻辑函数，得最简（或最合理）逻辑函数表达式（3）根据设计要求，把逻辑函数表达式转换成适当的形式。（4）根据最终得出的逻辑函数表达式画出逻辑电路图。13.3半加器在数学系统中，二进制加法器是它的基本部件之一。半加器（半加就是只求本位的和，暂不管低位送来的进位数）的逻辑状态表： A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0其中，A和B是相加的两个数，S是半加和数，C是进位数。由逻辑状态表可写出逻辑式：由逻辑式就可画出逻辑图，如下图(a)和(b)所示，由一个“异或“门和一个”与“门组成。半加器是一种组合逻辑电路，其图形符号如下图(c)所示。　13.4全加器当多位数相加时，半加器可用于最低位求和，并给出进位数。第二位的相加有两个待加数和，还有一个来自前面低位送来的进位数.这三个数相加，得出本位和数（全加和数）和进位数.这种就是“全加“，下表为全加器的逻辑状态表。 Ai Bi Ci-1 Ci Si 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1全加器可用两个半加器和一个“或“门组成。如上图(a)所示。和在第一个半加器中相加，得出的结果再和在第二个半加器中相加，即得出全加和。两个半加器的进位数通过”或“门输出作为本位的进位数。全加器也是一种组合逻辑电路，其图形符号如上图(b)所示。13.5编码器用数字或某种文字和符号来表示某一对象或信号的过程，称为编码。开关在数字电路中，一般用二进制编码。二进制只有0和1两个编码，可以把若干个0和1按一定规律编排起来组成不同的代码（二进制数）来表示某一对象或信号。N位二进制代码有种，可以表示个信号。这种二进制编码在电路上容易实现。下面讨论两种编码器。1.二进制编码器二进制编码器是将某种信号编成二进制代码的电路。例如，要把,,,,,,,八个信号编成对应的二进制代码而输出，其编码过程如下：1）确定二进制代码的位数因为输入有八个信号，所以输出的是三位（＝8，n=3）二进制代码。这种编码器通常称为8/3线编码器。2）列编码表编码表是把待编码的八个信号和对应的二进制代码列成的表格。这种对应关系是人为的。用三位二进制代码表示八个信号的很多，下表所列的输出 　 Y2 Y1 Y0 I0 0 0 0 I1 0 0 1 I2 0 1 0 I3 0 1 1 I4 1 0 0 I5 1 0 1 I6 1 1 0 I7 1 1 13）由编码表写出逻辑式4）由逻辑式画出逻辑图（下图所示）2.二—十进制编码器二—十进制编码器是将十进制的十个数码0，1，2，3，4，5，6，7，8，9编成二进制代码的电路。输入的是0～9十个数码，输出的是对应的二进制代码。这二进制代码又称二—十进制编码器，简称BCD码。其编码过程：（1）确定二进制代码的位数因为输入有十个数码，而三位二进制代码只有八位组合，所以输出的应是四位(,取n=4)二进制代码。这种编码器通常称为10/4线编码器。（2）列编码表四位二进制代码共有十六种状态，其中任何十种状态都可表示09十个数字码，方案很多。最常用的是用8421编码方式，就是在四位二进制代码的十六种状态中取出前面的十种状态，表示09十个数码，后面六种状态去掉，见表21.9.2。二进制代码各位的1所代表的十进制数从高位到低位依次为8，4，2，1，称之为“权”，而后把每个数码乘以个位的“权”，相加，即得出该二进制代码所代表的一位十进制数。（3）由编码表写出逻辑式INCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image183.gif"\*MERGEFORMATINET（4）由逻辑式画出逻辑图（下图所示）13.6译码器和数字显示译码和编码的过程相反。编码是将某种信号或十进制的十个数码（输入）编成二进制代码（输出）。译码是将二进制代码（输入）按其编码时的原意译成对应的信号或十进制数码（输出）。1.二进制译码器例如，要把输入的一组三位二进制代码译成对应的八个输出信号，其译码过程如下：（1）列出译码器的状态表设输出三位二进制代码为ABC，输出八个信号低电平有效，设为－。每个输出代表输入的一组组合，并设ABC＝000时，＝0，其余输出为1；ABC＝001时，＝0，其余输出为1；……；ABC=111时，＝0，其余输出为1，则列出的状态表如表21.10.1所示。（2）由状态表写出逻辑式＝=INCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image243.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image244.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image245.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image247.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image248.gif"\*MERGEFORMATINET 使能 控制 输入 输出 A B C () () () 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 11 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0（3）由逻辑式画出逻辑图（下图所示）这种三位二进制译码器也称为3/8线译码器，最常用的是CT74LS138型译码器，表21.10.1就是它的功能表。它还有一个使能端和两个控制端，。高电平有效，＝1时，可以译码；＝0时，禁止译码，输出全为1。和低电平有效，若均为0，可以译码；若其中有1或全1，则禁止译码，输出也全为1。2.二－十进制显示译码器在数字电路中常常要把数据或运算结果通过半导体数码管，液晶数码管和荧光数码管，用十进制数显示出来。（1）半导体数码管半导体数码管（或称LED数码管）的基本单元是PN结，目前较多采用磷砷化镓做成的PN结，当外加正向电压时，就能发出清晰的光线。单个PN结可以封装成发光二极管，多个PN结可以按分段式封装成半导体数码管，其管脚排列如下图所示。发光二极管的工作电压为1.5-3V,工作电流为几毫安到十几毫安，寿命很长。    半导体数码管将十进制数码分成七个字段，每段为一发光二极管，其字型结构如上图所示。选择不同字段发光，可显示出不同的字形。例如，当a,b,c,d,e,f,g七个字段全亮时，显示出8；；b,c段亮时，显示出1。半导体数码管中七个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法，如图21.10.5所示。前者，某一字段接高电平时发光；后者，接低电平时发光。使用时每个管要串联限流电阻。（2）七段显示译码器其功能是把“8421”二－十进制代码译成对应于数码管的七个字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。如果采用共阳极数码管，则七段显示译码器的功能表如下表所示；如采用共阴极数码管，则输出状态应和下表所示的相反，即1和0对换。下表所列举的是CT74LS247型译码器的功能表。它有四个输入端,,,和七个输出端－（低电平有效），后者接数码管七段。此外，还有三个输入控制端，其功能如下：a.试灯输入端用来检验数码管的七段是否正常工作。当=1,＝0时，无论,,,为何种状态，输出－均为0，数码管七段全亮，显示“8”字。b.灭灯输入端当＝0，无论其他输入信号为何状态，输出－均为1，七段全灭，无显示。c.灭0输入端当＝1，＝1，＝0，只有当INCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image264.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image263.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image262.gif"\*MERGEFORMATINET＝0000时，输出－均为1，不显示“0”字；这时，如果＝1，则译码器正常输出，显示“0”。当INCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image264.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image263.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image262.gif"\*MERGEFORMATINET为其他组合时，不论为0或1，译码器均可正常输出。此输入控制信号常用来消除无效0。例如，可消除000.001两个0，则显示出0.001. 功能和十进制数 输入 输出 显示 INCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image264.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image263.gif"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"http://eelab.sjtu.edu.cn/dg/wlkc/images/Image262.gif"\*MERGEFORMATINET       试灯 0 1 0 0 0 0 0 0 0 g 灭灯 0 1 1 1 1 1 1 1 全灭 灭0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 灭0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 2 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 3 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 4 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4 5 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5 6 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 6 7 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 8 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 9 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9上述三个输入控制端均为低电平有效，在正常工作时均接高电平。图5.2磁路的磁场强度图5.4有两个励磁线圈的较复杂磁路图5.7电磁铁的几种形式图5.8励磁电流�、吸力F与气隙长度�的关系曲线图5.11例5.2电路图图5.14变压器的空载运行�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���NPN型NNP基极发射极集电极BEC符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管PPNPNP型基极发射极集电极BECIB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���稳定静态工作点电流并联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电压串联负反馈直流反馈交流反馈负反馈�EMBEDWord.Document.8\s���BCA0010�EMBEDEquation.3���011110三变量�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���BA0101�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���二变量AB00�EMBEDEquation.3���011110�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���CD00011110四变量�EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3����EMBEDEquation.3���PAGE1_1212844477.unknown_1212844481.unknown_1378139195.unknown_1378141867.unknown_1378140822.doc常用BCD码 十进制数 8421码 余3码 格雷码 2421码 5421码 0123456789 0000000100100011010001010110011110001001 0011010001010110011110001001101010111100 0000000100110010011001110101010011001101 0000000100100011010010111100110111101111 0000000100100011010010001001101010111100 权 8421 2421 5421_1212844483.unknown_1212844484.unknown_1212844482.unknown_1212844479.unknown_1212844480.unknown_1212844478.unknown_1212844233.unknown_1212844237.unknown_1212844242.unknown_1212844244.unknown_1212844246.unknown_1212844248.unknown_1212844249.unknown_1212844247.unknown_1212844245.unknown_1212844243.unknown_1212844239.unknown_1212844240.unknown_1212844238.unknown_1212844235.unknown_1212844236.unknown_1212844234.unknown_1212843831.unknown_1212843833.unknown_1212843834.unknown_1212843832.unknown_1212566310.unknown_1212566423.unknown_1212566212.unknown