电工电子技术基础教材

电工电子技术基础教材（第一版）主编：马润渊张奋目录第一章安全用电....................................................1第二章直流电路基础................................................2第三章正弦交流电路...............................................21第四章三相电路...................................................27第五章变压器.....................................................39第六章电动机.....................................................54第七章常用半导体.................................................59第八章基本放大电路...............................................65第九章集成运算放大器.............................................72第十章直流稳压电源...............................................75第十一章数制与编码...............................................78第十二章逻辑代数基础.............................................81第十三章门电路和组合逻辑电路.....................................84精品文档。1欢迎下载1欢迎下载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措施。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。精品文档。2欢迎下载2欢迎下载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，精品文档。3欢迎下载3欢迎下载如开关，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i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TQI（2-1）对于交流，若在一个无限小的时间间隔dt内，通过导体横截面的电荷量为dq，则该瞬间的电流为dtdqi（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。RRababii参考方向参考方向(a)0i(b)0i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=－1A0，则I1的实际方向与参考方向相反，应由点B流向点A。I2=1A0，则I2的实际方向与参考方向相同，由点B流向点A。AABB1I2I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dqdwuab（2-3）精品文档。4欢迎下载4欢迎下载对于直流，则为QWUAB（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abU表示a指向b。显然baabUU。值得注意的是电压总是针对两点而言。RRababuu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=1V0，则U1的实际方向与参考方向相同，由A指向B。U2=－1V0，则U2的实际方向与参考方向相反，应由A指向B。B1U2UAAB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V或v表示。例如A点的电位记为AV或Av。显然，AOAVV，AOAvv。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BAABBAABvvuVVU（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BV＝0V101UUVABA图2.7例2.3图精品文档。5欢迎下载5欢迎下载V52UUVCBCV135823UUUVDBD选C点为参考点，则0CVV1551021UUUVACA或V1582334UUUVACAV525UUVBCV83UUVDCD2.2.4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dqdweQWE（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dtdwpTWP（2-7）若已知元件的电压和电流，功率的表达式则为uipUIP（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。精品文档。6欢迎下载6欢迎下载(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IUP1＝1×2＝2W0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IUP2＝（－1）×2＝－2W0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IUP2＝4W41442UIA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OCU表示，其值等于电源电动势E即EUOC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。