全国注册电气工程师考试辅导教材-电工电子技术.ppt

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1、电工电子技术,2010年7月,内容及要求： 电场与磁场 电路分析方法 电机及拖动基础 电子技术,参考书：电工学上、下册（第五版 或：第六版） 秦曾煌编 高等教育出版社,第一节 、电场与磁场 -（物理学中基本电磁规律） 库仑定律 电磁感应定律 安培定律 电磁感应定律 ,第一节 、电场与磁场 -（物理学基础） 库仑定律 两个静止的点电荷在真空或空气中 相互作用的规律。,电场强度 反映电场“力”的性质的物理量。,第一节 、电场与磁场 -（物理学基础） 安培力 磁场中载流导体受到磁场力的作用规律。长直导线在匀强磁场中的受力为：,电磁感应定律 变化的磁场作用于导体时，在导体中产生的感应电动势,（2005

2、、99）以点电荷 q 所在点为球心,距点电荷 q的距离为 r 处的电场强度 E 等于: (A),(B),(C),(D),第二节 电路的基本概念和基本定律,基本元件： 有源源件 无源元件 基本定律： 欧姆定律 基尔霍夫定律 基本定理： 叠加原理 戴维南定理,一、电路的作用和基本物理量 、电路的作用 1、功能： A 传输能量 B 分配信息 2、结构： A 电源 B 负载 C 中间环节,(二) 电路的基本物理量 电流 i， 电压与电位差 Uab=Ua-Ub 电功率 p,(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若

3、计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2) 根据电路的定律、定理，列出方程；并进行计算。,两点注意：1、正方向,2、电功率,功率的概念： 设电路中任意两点间的电压为 U ，流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:,在 U、 I 正方向选择一致的前提下：,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P = UI 0,若 P = UI 0,P（吸收）= P（发出）,例8-1,二、基本电路元件 、电源元件 1、电压源： 2、电流源： 3、两种电源的等效变换 、负载元件（略）,特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。 即 Uab E；,（2）电源中的电流由外电路决定。,理

4、想电压源 （恒压源）: Ro= 0 时的电压源.,恒压源中的电流由外电路决定,设: E = 10V,当R1 、R2 同时接入时： I=10A,例,2. 电流源,b,Is,电流源模型,恒流源两端电压由外电路决定,设: IS=1 A,R=10 时， U =10 V,R=1 时， U =1 V,则:,注意：电流源的正方向与电动势的正方向一致。,例题,3、两种电源的等效变换,三、电路的工作状态 开路 短路 有载,四、电路的基本定律 1、电流定律 KCL 2、电压定律 KVL 3、欧姆定律,2005、100.图示电路U=12V、UE = 10V , R=0.4k.则电流I等于多少?,(A) 0.055

5、A (B) 0.03 A (C) 0.025 A (D) 0.005A,例： 图示电路， S断开后，A点电位VAo； S闭合后，A点电位Uas分别是 （a）-4v, 3.6v （b）6v,0v （c）4v, -2.4v （d）-4v, 2.4v,第三节 直流电路的解题方法 、叠加原理 、戴维南定理 注意：应用于线性电路。 独立电源和线性元件构成的电路,一 迭加定理,在多个电源同时作用的线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,+,例8：,”,”,”（”）,(二) 戴维南定理,注意：“等效”是指对端口外等效,例9

6、：,2005、101.叠加原理只适用于分析下列哪项的电压、电流问题? (A)无源电路 (B)线性电路 (C)非线性电路 (D)不含也惑、电容元件的电路,第四节 正弦交流电路的解题方法 一、 正弦交流电路的三要素表示法 、 正弦交流电的三要素 、 正弦量的表示法 二、 单相交流电路 纯R、L、C电路 RLC串联电路分析,幅度：,已知：,频率：,初相位：,波形图,瞬时值,相量图,复数 符号法,小结：正弦波的四种表示法,单一参数正弦交流电路的分析计算小结,电路 参数,电路图 （正方向）,复数 阻抗,电压、电流关系,瞬时值,有效值,相量图,相量式,功率,有功功率,无功功率,R,L,C,基本 关系,R-

7、L-C串联交流电路,关于复数阻抗 Z 的讨论,结论：的模为电路总电压和总电流有效值之比， 而的幅角则为总电压和总电流的相位差。,2005、102.图示电路,正弦电流i2的有效值I2=lA.电流i3的有效值I3 =2A,因此电流I1的有效值I1.等于多少?,(A).,(B).1+2=3A (C) .2-l=lA (D).不能确定,2005、103. 图示电路,u=141sin (314t - 30)V, i=14.lsin (314t -60)A, 这个电路的有功功率P等于多少?,(A). 500w (B). 866W (C). l000W (D). 1988W,三、三相交流电路,-为相电压 -

8、为线电压,在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为,、三相电源：,负载形接法,对称负载下：,负载Y形接法,、三相负载：,负载星形接法时的一般计算方法,第五节 电路的暂态过程 、电路的响应 、换路定则 、求解一阶电路的三要素法,l04.图示电路,换路前Uc(0-)=0.2U1, UR(0-)=0v, 求：电路换路后Uc(0+)和UR (0+) 分别为:,(A) .Uc(0+)=0.2U1, UR (0+)=0 (B). Uc(0+)=0.2U1, UR (0+)=0.2U1 (C). Uc(0+)=0.2U1, UR (0+)=0.8U1 (D). Uc(0+)=0.2U1, UR (0+

9、)=U1,2005、104. 图示电路,u=141sin (314t - 30)V, i=14.lsin (314t -60)A, 这个电路的有功功率P等于多少?,(A). 500w (B). 866W (C). l000W (D). 1988W,第六节 变压器、电动机及继电接触控制电路,一、磁路基础知识 二、变压器 三、电动机 四、继电接触控制电路,一、磁路基础知识,励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流,1、直流磁路分析,直流磁路的特点:,直流磁路和电路中的恒压源类似,一定,（线圈中没有反电动势）,（R 为线圈的电阻）,电路方程：,一般情况下 很小,2、交流磁路的分析,假设,则,最大值,有效

10、值,交流磁路的特点:,交流磁路和电路中的恒流源类似,固定,F随 变化,IS固定,U 随 R 变化,磁路特点,结论：改变匝数比，就能改变输出电压。,K为变比,1、原、副边电压关系,时,二、变压器,结论：原、副边电流与匝数成反比,空载励磁电流 很小，可忽略 。即：,2、原、副边电流关系,（变阻抗）,3、原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以 变比的平方。,2005-105.图示变压器,一次额定电压U1N=220V, 一次额定电流I1N=llA, 二次额定电压U2N=600V.该变压器二次额定电流I2N约为多少? (A). lA (B). 4A (C). 7A

11、 (D). 11A,3、三相异步机的起动方法：,三、电动机,1、三相异步机的运行原理：,2、三相异步机的运行特性：,1、三相异步机的运行原理：,三相异步电动机的同步转速（旋转磁场转速） “no”,极对数,每个电流周期 磁场转过的空间角度,同步转速,电动机转速和旋转磁场转速的关系,电动机转速:,转差率 （s）的概念：,异步电机运行中:,转差率 S 的大小反映了旋转磁场的转速和电动机转速差与旋转磁场的转速的相对关系。即：,一般情况: 0 S 1,电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距。,2、三相异步机的运行特性：,用电参数表示的转矩公式,三相电动机的机械特性,根

12、据转矩公式,得特性曲线：,三个重要转矩,n0,T,n,（牛顿米）,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,求解,Tmax与S无关！,n0,T,n,（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,3、三相异步机的起动方法：,Y 起动：,转子串电阻起动,线绕式转子,起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。,四、继电接触控制电路,2005-106.三相交流异步电动机可带负载启动,也可空载启动。比较两种情况下,电动机启动电流Ist的大小： (A)有载空载 (B).有载空载 (C)两种情况下启功电流值相同 (D)不好确定,1、电动机连续运行,KM,SB1,

13、KM,SB2,KH,A,B,C,KM,FU,QS,KH,电流成回路， 只要接两相就可以了。,2、异步机的直接起动 + 过载保护,3、电机的正反转控制,4、电机的正反转控制 加互锁,互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转 时，SBF不起作用。从而避免两触发器 同时工作造成主回路短路。,KMF,SB1,KMF,SBF,KH,KMR,KMR,M 3,A,B,C,KMF,FU,Q S,KH,KMF,KMF,SBF,KH,KMR,KMR,KMR,KMF,电机的正反转控制双重互锁 -电机直接正反转控制,电工电子技术 第二讲,2006年7月8日,模拟电子技术: 二极管、稳压管原理及典型应用电路； 三极管结构

14、、原理及单管电压放大电路； 集成运算放大器原理及应用。,数字电子技术: 数字电路的基础知识； 基本的逻辑门电路与组合逻辑电路； 触发器与时序逻辑电路。,2 半导体二极管,3 稳压二极管,1 半导体的单向导电特性及PN结,第七节 二极管、稳压管,要求： 1. 理解PN结的单向导电性； 2. 了解二极管、稳压管的基本结构、工作原理 和特性曲线，理解主要参数的意义； 3. 会分析含有二极管的电路。,PN结正向偏置：P区加正电压、 N区加负电压,P,N,+,_,内电场被削弱， 多子的扩散加强 能够形成较大的 扩散电流。,一、PN结的单向导电性,PN结反向偏置P区加负电压、 N区加正电压,N,P,+,_

15、,内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。,、结构：在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型。,例如： 点接触型二极管,二 半导体二极管,开启电压Uon 硅管0.5V,锗管0.1V。,工作电压 UD: 硅管0.61V,锗管0.20.5V。,反向击穿电压U(BR),、伏安特性和主要参数,.最大反向工作电压UR,.反向饱和电流 IS,.最大整流电流IF,.反向击穿电压UBR,.开启电压Uon,二极管电路分析举例,分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 U

16、D为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止,若二极管是理想的，导通时正向管压降为零，截止时二极管相当于断开, 电流为零。,2005、107.半导体二极管的正向伏安(V-A)特性 是一条： (A) 过坐标轴零点的直线 (B).过坐标轴零点I随U按指数规律变化的曲钱 (C).正向电压超过某一数值后才有电流的直线 (D).正向电压超过某一数值后I随U按指数规律变 化的曲钱,电路如图，求：UAB,V阳 =6 V V阴 =12 V V阳V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V,例1：,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极

17、和阴极的电位。,在这里，二极管起钳位作用。,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,8V,例2：,参考点,二极管阴极电位为 8 V,U,UZ,IZ,稳压误差,曲线越陡，电压越稳定。,-,主要参数,1、稳定电压 UZ,2、稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、 Izmian。,3、最大允许功耗,三、稳压二极管：,电源变压器: 调整电压大小，将交流电网电压u1 变为合适的交流电压u2。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。

18、,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流 电压u4。,稳压电路: 减弱电网波动及负载变化对电压的影 响,保持输出电压u0的稳定。,第八节 直流电源,、半波整流电路,输出电压平均值（U0）:,二极管承受的最高电压:,二极管的平均电流：,一、整流电路,u20 时,u20 时,输出是脉动的直流电压！,uo = u2,uo = - u2,、单相桥式整流电路,负载电压 U0的平均值为:,负载上的(平均)电流:,整流电路中整流管的选择：,二、滤波电路,滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电 压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉电路输出电压中的交流成份，保留其 直流成份，达到平滑输出电

19、压波形的目的。 滤波方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载 RL串联)。,1. 电路结构,2. 工作原理,u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。,u uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降， uo= uC 。,= uC,3. 工作波形,二极管承受的最高反向电压为 。,37、 整流滤波电路如图所示 ，已知,，,，,，,， 稳压管的稳定电流,与,8-37. 整流滤波电路如图所示已知 ， 稳压管的稳定电流 通过负载和稳压管的电流和通过二极管的平均电流是【 】 (a) 5mA, 2.5mA (b) 8mA, 8mA (

20、c) 6mA, 2.5mA (d) 6mA, 4.5mA,第九节 三极管,、三极管结构,NPN型,PNP型,、三极管的特性曲线,iC = F(uCE) IB =常数,iB = F(uBE) UCE =常数,输入特性,输出特性,iB = F(uBE) UCE =常数,iB(A),uBE(V),20,40,60,80,0.4,0.8,1、输入特性,iC = F(uCE) IB =常数,iC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，I C= I B。,2、输出特性,3、三极管工作区及判定：,截止区,饱和区,放大区,截止区：,放大区：,饱和区：

21、,Je 反偏,Je正偏,Je正偏,38、图示电路中的晶体管，当输入信号为3v 时， 工作状态是 【 】,（a）饱和 （b）截止 （c）放大 （d）不确定,例3：,（a） （b） （c）,性能指标：,一、放大电路的组成。,电压放大倍数高,第十节 基本放大电路,输入电阻大,输出电阻小,放大电路的分析方法,静态分析,动态分析,估算法 利用静态等效电路,图解法 利用晶体管特性曲线,微变等效电路法,图解法,IBQ ,UBEQ ,ICQ ,UCEQ,Au, Ri, Ro,二、放大电路的静态分析,晶体管 微变等效模型,三、放大电路的动态分析,、微变等效电路,微变等效电路,短路,短路,在中频信号源的作用下，电

22、容元件相当于短路。,、电压放大倍数 的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,、输入电阻和输出电阻的计算：,四、稳定工作点和静态工作点稳定的放大电路,分析:,. 静态：方法同前述的静态偏置电路。,。注意：Ce的影响 。,. 动态：利用微变等效电路。,可以认为 ICQ 基本与温度无关。,设计参数保证,静态工作点稳定的原理：,性能指标计算：,如果再增加上Ce，放大倍数怎样？,对比含有Ce的性能分析：,不变,2005、108.图示电路,R1=50k.R2=10k RE=1k,晶体管的=60。,静态 UBE=0.7V，所示电路静态基极电流IB等于多少?,(A) 0.0152mA (B).0.0213mA

23、 (C). 0.0286mA (D). 0.0328mA,放大倍数与负载无关，当有几级运放时可以分级分析。,虚短路,第十一节 集成运算放大器,(一)、 反相比例电路,i 1 = i 2,虚短路,虚开路,一、比例电路,uo,电路的输入电阻：,R i = u i / i i=R1,输出电阻很小！,R2=R1/ Rf,R o =0,(二)、 同相比例电路,Rf,R1,Rb,ui,uo,u-= u+=,ui,当 Rf = 0 时:,*电压跟随电路,在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,（一）、反相加法电路,uo,Rf,二、加减运算电路,u+ = ui1 则电压放大倍数为：,u+

24、 ui1 、ui2？,所以：,注意:同相求和电路的两个输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,（二）、同相加法电路,（2005、109）图示电路,该电路输出电压U。与输入电压UI1、UI2的关系式为:,(A).,(B).,(C).,(D).,一、门电路 门电路的基本概念,“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。,与非：条件A、B、C都具备，则 F 不发生。,第十二节 门电路和触发器,或非：条件A、B、C任一具备，则 F 不发生。,异或：条件A、B有一个具备，另一个不具备则 F 发生。,、基本门电路,二极管与门:,二极管或门,三极管非门,嵌位二极

25、管,真值表,相同为“0” 不同为“1”,异或门,例：分析下图的逻辑功能。,0,1,被封锁,1,1,1,0,被封锁,1,选通电路,2005、110.图示电路,二极管视为理想元件，即正向电压降为零，反向电阻为无穷大,三极管的=100，输入信号VA、VB的高电平是3.5V (逻辑1)。低电乎是0.3V 逻辑0)，若该电路的输出电压V0为高电平时定为逻辑1，图示电路应为下列哪个逻辑门?,(A)与门 (B.)与非门 (C).或门 (D).或非门,二、触发器,.触发器输出有两种可能的状态：0、1；,.触发器是有记忆功能的逻辑部件。输出状态不 只与现时的输入有关，还与原来的输出状态 有关；,.按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发 器、T型等。,基本触发器功能表,触发器的基本形式,反馈,、RS触发器,简化的功能表,Qn+1 -下一状态（CP过后）,Qn -原状态,逻辑符号,、D触发器,功能表,逻辑符号,CP,D,Q,例：画出D触发器的输出波形。,、JK触发器,逻辑符号,功能表,