1、第二章电工基础知识,本章知识点：1、直流电路2、交流电路3、磁与磁路感应4、电子技术基础,第一节直流电路,一、电路的基本概念 （一）电路和电路图 电路是为了某种需要，将电气设备和电子元器件按照一定方式连接起来的电流通路。直流电通过的电路称为直流电路。电路图是为了研究和工程的实际需要。用国家标准化符号绘制的、表示电路设备装置组成和连接关系的简图 。,负载,电源,导线,开关,(二）电路的基本物理量1.电荷、电场和电场强度 带电的基本粒子称为电荷，失去电子带正电的粒子叫正电荷，失去电子带负电的粒子叫负电荷。电荷的多少用电量或电荷量来表示；电量的符号是Q，单位是C(库仑）,电场是电荷及变化磁场周围空间
2、星存在的一种特殊物质。电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力；当电荷在电场中移动时，电场力对电荷做功，说明电场具有通常物质所具有的力和能量等特征。 电场的强弱用电场强度表示，符号是E.单位为V/m(伏/米)。,2.电流和电流密度电流是电路中既有大小又有方向的物理量。电荷在导体中的定向移动形成电流。电流 方向规定为正电荷移动的方向，与电子移动的方向相反。在生产和生活中，常把电流分为直流电和交流电两大类。直流电是指方向不随时间做周期性变化，但大小可能不固定的电流。交流电是指大小和方向随时间做周期性变化的电流电流大小是衡量电流强度的物理量，等于单位时间内通过导体截面电荷总量。,3.电位、电压
3、和电动势电位，也称电势，是衡量电荷在电路中某点所具有能量的物理量。电路中某点的电位，数值上等于正电荷在该点所具有的能量与电荷所带电荷量的比。电位是相对的，电路 中某点电位的大小，与参考点(即零电位点)的选择有关。电位是电能的强度因素，它的单 位是V(伏特)。生活中常见水往低处流，是因为水流两端存在水位差，同理，能促使电流形成的条件 是导体两端有电位差(电势差)的存在，即电压。,电压是衡量电场做功本领大小的物理量，在一个闭合的外电路，电流总是从电源的正极经过负载流向电源的负极，电场力做功，将电能转换为其他形式的能。而内电路，电源是如何建立并维持正极与负极之间的电位差的呢?任何一种电源都是一个能量
4、转换装置， 它能把正电荷从负极不断地持续地流通到正极。电动势则是衡量这种将电源内部的正电荷从电源的负极推动到正极、将非电能转换成电能本领大小的物理量，用符号E表示，单位为V(伏特)。电动势也是电路中既有大小又有方向的物理量，方向规定为从低电位点指向高电位点，即从电源的负极指向正极。,常用的电位、电压、电动势的单位还有KV(千伏)、mV(毫伏)和V(微伏)。它们之间的换算关系为：1kV = 1 000 V，1V =1000 mV，1mV=1 000V,4.电阻 电阻是电流遇到的阻力，用符号R或r表示。导体的电阻与其材料的电阻率和长度成 正比，而与其横截面积成反比。电阻率是单位长度、单位截面积导体
5、的电阻，不同材料导体的电阻率不尽相同。20时导体的电阻可用下式表示，即R= L/S 式中，R为导体电阻，单位是Q(欧姆)；.为导体的长度，单位是m；S为导体的截面积单位是mm2，p为导体的电阻率。,电阻的常用单位是 (欧姆)，也可用k (千欧）和M (兆欧）等作单位，它们之间的 换算关系为；1K = 1000 , 1 M =1 000 k 电阻是导体有身的特性，与导体的材料、温度、光度等有关系。绝大多数的金属材料温度升高时，电阻将增大；而石墨、碳等在温度升高时，电组反而减小(半导体)，至于康铜及锰钢等合金，受温度的影响极小，电阻比较稳定。,二、电路的欧姆定律 （一）欧姆定律 1.部分电路的欧姆
6、定律欧姆定律是反映电路中电压、电流和电阻之间关系的定律。欧姆定律指出，当导体温度不变时，通过导体的电流与加在导体两端的电压成正比，而与其电阻成反比。如图所示电路，即U=IR 或 I=U/R,2.全电路的欧姆定律 包含电源的闭合电路称为全电路。全电路的欧姆定律指出，电流的大小与电源的电动势成正比，而与电源内部电阻r。与负载电阻（R)之和（r0+R)成反比。,在实际电路中，由 于内阻的存在要消耗 一定的功率，产生一 定的电压降（Ir）。 因此，外电路端电压 U=-Ir。当外电路开 路时，I0，U=； 当外电路有负载时， 端电压随着负载（R） 的增大而降低。,（二）电阻的串联、并联和混联1.电阻的串
7、联电路 两个或两个以上电阻首尾依次相连，便电流只有一条通路的电路称为电阻的串联电路电阻的串联电路有如下特点； 流过各电阻的电流相等，即I=l1=l2=l3=ln 电路总电阻R等于各串联电阻之和，即 R=R1+R2+Rn，,电路总电压U等于各电阻的分电压之和，即 U=U1+U2+Un=l1R1+l2R2+ +ln Rn 由此可见，电压的分配与电阻成正比，即电阻越大，其分电压也越大，这就是串联电 阻的分压原理。,2.电阻的并联电路两个或两个以上电阻的首尾两端分别接在电路中相同的两节点之间，使电路同时存在几条通路的电路称为电阻的并联电路。并联电路有以下性质： 电路的总电流等于电路中各支路电流之和，即
8、I=I1+I2+I3，分流作用。 各电阻两端的电压相等，即U=U1=U2=U3。 电路总电阻R的倒数等于各个支路电阻倒数之和，即1/R=1/R1+1/R2，R=R1R2/(R1+R2)电阻越并联越小。,由此可见，电流的分配与支路电阻成反比，即支路电阻越大其分电流越小；这就是并联电阻的分流原理。,3.电阻的混联电路既有电阻本联又有电阻并联的电路称为混联电路。这种电路的计算方法如下：首先整理化简电路，把几个串联或并联的电阻分别用等效电阻来代替，然后求出该电路的总电阻，根据电路的总电压、总电阻计算出该电路的总电流，最后计算出各部分的电压和电流等。,从下面对各电路的分析： 串联电阻可起到限流，分压作用
9、；并联电阻可起到分流作用。 对于混联电路的计算方法：简化电路求出电路的等效电阻 由等效电阻和电路的总电压求出电路中的总电流 由总电流根据相关定律求得各支路的电压和电流,U1,U2,U3,R1,R2,R3,I,U,+,_,R3,R3,R3,R1,R3,R1,R3,R1,R3,I,R1,R3,+,I,R1,R3,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R
10、1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,R2,U,_,+,I,R1,R3,U3,R2,U,_,+,I,R1,R3,U2,U3,R2,U,_,+,I,R1,R3,U1,U2,U3,R2,U,_,+,I,R1,R3,I,+,I,U,+,I,_,U,+,_,U,I,+,_,U,U2,U3,U1,U2,U3,R1,U1,U2,U3,R2,R1,U1,U2,U3,R3,R2,R1,U1,U2,U3,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,+,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,U,+,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,_,U,+,I,R3,R2,R1,U1
11、,U2,U3,_,U,+,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,_,U,+,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,_,U,+,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,_,U,+,I,R3,R2,R1,U1,U2,U3,+,_,R2,R1,R2,R2,R3,I1,I2,I3,U,R3,R2,R1,R4,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,R1,I1,I3,I3,串联电路,并联电路,U,_,+,混联电路,串联电阻分压公式：,并联电阻分流公式：,三、基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律。不论元件是线性的还是非线性的，电流、电压是直流的还是交流
12、的，基尔霍夫定律总成立。,基尔霍夫电流定律：对电路中任一结点，在任一时刻，流出结点的电流之和一定等于流入结点电流之和，即流出或流入该结点的所有支路电流的代数和为零。KCL也可以推广到电路中任 一假设的封闭面，即在任一时刻， 通过该封闭面的所有支路电流的 代数和等于零。,基尔霍夫电压定律：对任一电路中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压的代数和恒等于零,简称为KVL。KVL确定了连接 在同一回路中各支路 电压之间的关系。体 现的是电荷在电场中 从一点移到另一点时， 它所具有能量的改变 量只与这两点的位置 有关，而与移动路径 无关的性质。在分析电路列回路KVL方程时，应先规定回路绕行方
13、向，各 支路电压参考方向与回路绕行方向一致时（从“+”极性向“- ”极性）取正号，反之取负号。,四、功率和电能在电力系统中，供电部门的主要任务是输送电功率，向用户销售电能，故经常遇到功率和电能的计算问题。 1.功率 即单位时间内元件发出或吸收的电能。设电路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(吸收）的功率为： P= UI,直流电功率等于它的电压和电流的乘积，即P= UIP为负载功率，单位是W(瓦特)；U为负载两端的电压，单位是V(伏特)；I为通过负载的电流、单位是A(安培)。 功率的单位是W(瓦特)，常用单位还有kW(千瓦)、Mw(兆瓦)，它们之间的换算关系为： 1
14、kW=1 000W, 1MW=1 000kW。 功率计算公式也可写成：P = I2R = U2/R,2.电能 电动机、电灯等用电负荷的功率只反映它们的工作能力，而它们完成的工作量则需通 过电能来反映。电能的大小除了与功率有关外，还与工作时间有关。电能W就是用来表 示电力在一段时间内所做的功，即W=p.t 式中，t为时间，单位是s；P为功率，单位是W。,国际单位中，电能的单位是J（焦耳)，它表示功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能。实用中的电能单位还有kWh(千瓦，时)，即通常所说的1度电，有换算关系：1度电=1kWh=3 600kJ,第二节交流电路,大小和方向随时间按正弦曲线的规律发生
15、周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流，通称交流电。在交流电作用下的电路称为交流电路。电工在工作中接触最多的是交流电。目前，工业、农业和目常生造中所使用的电能几乎都来自交流电网，它们都属于交流电。,交流电动机、变压器等电气设备都是根据电磁感应原理工作的设备，必须在交流电源下工作，且在正弦交流电的作用下具有较好的性能。交流电比直流电输送方便、价格便宜，交流电机的结构也比直流电机简单、成本较低、维护方便，因此得到广泛应用。正弦交流电的优越性： 便于传输；易于变换便于运算；有利于电器设备的运行,一、交流电的特性及产生交流电是由交流发电机产生的。交流发电机的原理如图,二、
16、交流电的基础物理量 1.瞬时值和最大值1、最大值：用Im、Um、Em表示 2、瞬时值：对应某一时刻的值用u、i、e表示瞬时值中最大的数值，叫做交流电的最大值,幅值必须大写,下标加m,2、频率、周期、角频率,周期T：变化一周所需的时间（s）,角频率：每秒钟转过的弧度,（rad/s）,频率f：正弦量每秒钟变化的次数,（Hz）,（反映正弦量变化快慢的要素）,四、交流电的相位角、初相位角与相位差,1、相位角：,表示曲线上一点到正弦量0点的夹角,2、初相位角：,等于正弦量在t =0时刻的相位角。,表示坐标0点与正弦量0点之间的夹角,两同频率的正弦量之间的初相位之差。,3、相位差 ：,电流超前电压,电压与
17、电流同相,电流超前电压 ,电压与电流反相, 不同频率的正弦量比较无意义。, 两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时的选择起点无关。,注意:,若正弦交流电流i通过一个电阻R,在一个周期内产生的热量与某一直流电流I在相同时间内产生的热量相等的话，则I定义为i的有效值。,则有,交流,直流,同理：,4、有效值,反映正弦量做功效果的物理量,用U、I、E表示,有效值：,注意： 交流电压、电流表测量数据为有效值,交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值,三、交流电的表示方法,（1）解析法：用三角函数式来表达交流电随时间变化关系的方法，如：e = Emsin（t+） （2）曲线法：在直角坐标中用正弦曲线来表
18、示交流电的方法。 （3）旋转矢量法：是利用绕原点以角速度a逆时针旋转的矢量来表示正弦量的方法。 此矢量与x轴的夹角表示初相角，矢量的长度表示交流电的最大值或有效值。 由于交流电可以用矢量来表示，使得同频率的交流电的加、减运算变得非常方便。,四、单一参数交流电路的分析 （一）纯电阻电路白炽灯、电炉等可近似看做是纯电阻负载，这种负载没有储能或释能的能力，只会消耗电源能量。 1.电压和电流的关系 在纯电阻电路中，电压和电流瞬时值符合欧姆定律。 U与I之间的数值关系如下：U=I R 或 Um=Im R即加在纯电阻两端的电压与通过它的电流始终是同频率、同相位的正弦量。,2.功率类系 电阻上消耗的有功功率
19、为：P=UI=U2/R=I2R这是最基本的能量转换公式，这种能量转换伴随所有电路中，因为我们无法让介质的电阻为零。,（二）纯电感电路 1.电压与电流的关系:U = I XL (XL为感抗) 从上式可知：对于直流电路因f=0，纯电感线圈相当于短路；f越高，XL越大，电流越小；故有通直流阻交流的作用。 2.功率关系 电感线圈的功率为： 在一个周期内的平均功率为零，即纯电感线圈在交流电路中，不消耗有功功率，有功功率为零。,3.无功功率衡量电源和线圈之间这种能量互换的速率的物理量，定义为：Q = UL I = I2 XL无功功率不是无用的功率，它在电力系统中占有很重要的地位。这是因为电力系统中有许多根
20、据电磁感应原理工作的设备，它们必须依靠磁场来传送和转换能量，即这些电气设备必须依靠无功功率来维持其正常工作。无功功率的单位为var(乏）和Kvar(千乏),对于无功功率的理解：无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。 （要区分无用功和无功功率）。,（三）纯电容电路 通交流阻直流
21、的作用；2.功率关系：纯电容在交流电路中，不消耗有功功率有功功率为零。 3.无功功率衡量电源和电容之间这种能量互换的速率的物理量。,43,五、三相交流电路,由三相交流电源供电的电路。简称三相电路。三相交流电源是指能够提供 3个频率相同而相位不同的电压或电流的电源，其中最常用的是三相交流发电机。1891年世界上第一台三相交流发电机在德国劳芬发电厂投运，并建成了第一条从劳芬到法兰克福的三相交流输电线路。由于三相电路输送电力比单相电路经济，三相交流电机的运行性能和效率也远较单相交流电机为优，因此目前世界上电力系统和动力用电都几乎无例外地采用三相制。,1. 三相交流电的产生三相交流发电机和单相交流发电
22、机一样，是根据电磁感应定理制成的。转子是磁极，定子上是三个相互独立且完全一样的绕组，每个独立的绕组称为一相，三相绕组的空间位置都分别相隔120度。当转子在原动机的带动下一恒定角速度旋转时，在三个绕组中分别产生按正弦规律变化的感应电动势，他们的最大值和频率都相等。只是相位互差120度。这种电动势称为对称电动势。三相电动势之和等于零。,2、三相电源的连接三相电源中各相电压超前或滞后的排列次序即：三相电势达到最大值的先后次序称为相序。若a相电压超前b相电压,b相电压又超前c相电压,这样的相序是abc相序,称为正序；反之,若是cba相序，则称为负序（又称逆序）。三相电动机在正序电压供电时正转，改成负序
23、电压供电则反转。因此，使用三相电源时必须注意它的相序。但是，许多需要正反转的生产设备可利用改变相序来实现三相电动机正反转控制。,关于相序的颜色表示： 在发电厂中，三相母线的相序是用颜色表示的：规定用黄色表示相、绿色表示相、红色表示相,不同的国家对三相导线的颜色有不同的规定： 美国：【多数】黑、红、蓝、白或灰（零线）黄绿或铜线（地线） 【少数】棕、橙、黄 印度、澳大利亚、新西兰： 红、黄、蓝、黑（零线） 黄绿（地线）,通常有两种方式：一种是星形连接（Y形），另一种称为三角形连接（形）。从3个电源的始端a、b、c引出的3条导线称为端线(俗称火线)。任意两根端线之间的电压 Uab、Ubc、Uca称为
24、线电压。两种不同连接方式的接线图，线电压与相电压的关系见下表所列：,三相电源的星形（）连接,三相电源的星形连接,三相电源的星形连接,星型连接是将三相绕组的一端（尾端）连接成一点，另一端（首端）引出导线接到负荷上。尾端连成的公共点叫电源的中性点，用N表示，从中性点引出的导线叫中线，当中线直接接地时中线也叫零线或者地线。有中线的三相供电方式称为三相四线制，常用于低压配电系统，不引出中线的三相供电方式叫三相三线制，常用于高压输电系统。这种连接方式可以取得两种电压：相电压和线电压，它们之间的关系为：线电压是相电压的,平时所指的发电机或线路的电压都是线电压日常用电系统都采用三相四线制，因为这种系统有两种
25、电压，用起来很方便，通常为，即线电压是，相电压是这种系统即可作为三相负载的电源，也可给单相负载供电，日常用来照明的电灯就是接在一根火线与零线之间的 （注：电灯的分配需平均分在三条相线上，使其功率平均分配，充分利用电源）,三相电源的三角形（）连接,三相电源的三角形连接线电压等于相电压,三角形连接：将三相绕组的尾端连接成三角形，再从首端引出导线接至负荷。这种供电方式只能采用三相三线制, 这种方式也可以取得相电压和线电压，它们关系是：线电压等于相电压。将三相电源的绕组，依次首尾相连构成闭合回路，再自首端引出导线接负载，这种连接方式称为连接。三角形连接时线电压等于相电压，而且 3个电源形成一个回路，只
26、有当三相电源对称并连接正确时，三个绕组构成的回路中总电势为零。（此时Ua+Ub+Uc=0)才能保证电源内部没有环流。当一相绕组接反时，回路电势不再为零。由于发电机绕组的阻抗很小，会产生很大的环流，可能烧毁发电机。,3、 负荷的连接（1）负荷连接原则1.单相负荷：根据设备的额定电压等于电源电压的原则确定是接入线电压还是相电压。单相负荷应尽量均匀分配在三相电源上。2.三相负荷：当负荷额定电压等于电源的相电压时，负荷应接成星型，反之接成三角形。,（2）负载的星形（Y）连接 三相四线制电路,三相四线制电路及电压、电流相量图,三相四线制系统中一般照明用的电灯，实际上是属于此种连接方式。 电动机的星形连接
27、：在三相四线制中，常见的负载是三相电动机（三相绕组的尾端连在一起，同时将三个首端与电源的三根火线相接，这就是电动机的星形连接。）,三相四线,在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线，其中三条线路分别代表A,B,C三相，不分裂，另一条是中性线N（区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的），故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V相间电压中获得220V线间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。三
28、相交流电机的电枢有三组线圈，其联接有星形接法及三角形接法两种，一般采用星形接法。,三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后绝不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。但是，由于这种混乱容易让人丧失警惕，可能在实际中更加容易发生触电事故。现在民用住宅供电已经规定要使用三相五线制，如果你的不是，可以要求整改。为了安全，要斩钉截铁地要求！ 不论N线还是PE线，在用户侧都要采用重复接地，以提高可靠性。但是，重复接地只是重复接地，它只能在接地点或靠近接地的位置
29、接到一起，但绝不表明可以在任意位置特别是户内可以接到一起。 应用中最好使用标准/规范的导线颜色：A线用黄色，B线用绿色，C线用红色，N线用淡蓝色，PE线用黄绿色。,三相三线制电路,负载为Y形连接的三相三线制电路,中线电流IN=Ia+Ib+Ic=0,这说明Y-Y连接的对称三相电路的中线电流为零，因此中线存在与否对于对称三相电路并不产生任何影响。 这样一个只有3根导线的三相系统所能传送的功率与3个单相系统相同。即中线电流为零，既然中线上没有电流通过，故可以把中线去掉，这时电路就成为三相三线制。,（3） 负载的三角形（）连接,3.三相电路的功率： 三相电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数 （
30、1）三相负载的有功功率 即：,若三相负载是对称的,三相总有功功率则为,当负载为星形连接时,当负载为三角形连接时,三相负载的无功功率无论负载接成星形还是三角形, 三相总无功功率均为,三相负载的视在功率 三相负载的视在功率定为若负载对称, 则,三相负载的功率因数 三相负载的功率因数为若负载对称, 则,若电路是对称电路，在三相对称情况下，各相的有功功率相等。此时Ua=Ub=Uc=U相 Ia=Ib=Ic=I相 a=b=c=相可得 P=3U相I相cos相可见，三相有功功率为一相有功功率的三倍。因为对称负载星形连接时，电流、电压的关系为；,总结各参数间的关系：,当负载用三角形连接时，电流、电压的关系为：因
31、此对称三相电路的有功功率还可用线电压和线电流表示为：无功功率用相电压和相电流表示为：,注：功率因数角中相是指相电压与相电流之间的相位差。,第三节磁与磁路感应,1.磁场磁场是一种看不见摸不着，存在于电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间的一种特殊形态的物质。磁场的存在表现为：使进入场域内的磁针、磁体发生偏转或取向；对域内的运动电荷施加作用力，即电流在磁场中受到力的作用。磁场的强度用磁感应强度表示。磁感应强度大小为单位长度的单位直流电流在均匀磁场中所受到的作用力，数学公式为：B = F I L,2.磁力线在磁场中画一些曲线(用虚线或实线表示)，使曲线上任何一点的切涉方向都限这一点的磁场方向相同（且
32、磁感线互不交叉)，这些曲线叫做磁力线。磁力线是请合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁力线的方向。磁铁周围的磁力线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。,3.磁导率 磁导率是表征磁介质磁性的物理量，常用符号表示， 又称为绝对磁导率。 等磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比，即 = B/H 4.磁通 磁感应强度与磁场前进方向上某一面积的乘积称为磁通。 = BS,二、磁路和磁性材料 1、磁路磁通的闭合回路称为磁路。2、磁性材料 如空气、橡胶、铜等，在载流线圈中只能产生很弱的磁场，这些导磁性能很差的材料 称为非磁性材料。而磁性材料的主要特征是磁导率很高，载流线圈在材料中能产生很强的
33、落场，如铁、硅钢片、铁镍合金等。 磁性材料大致可以分为三类：软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。软磁材料的特点是载 流线圈的电流为零时，几乎没有磁性。硬磁材料的特点是载流线圈的电流为零时，仍然保 很强的磁性。矩磁材料的特点是载流线圈的电流为零时，因此磁性几乎保持不变，矩磁,2、磁性材料如空气、橡胶、铜等，在载流线圈中只能产生很弱的磁场，这些导磁性能很差的材料称为非磁性材料。而磁性材料的主要特征是磁导率很高，载流线圈在材料中能产生很强的落场，如铁、硅钢片、铁镍合金等。 磁性材料大致可以分为三类：软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 软磁材料的特点是载流线圈的电流为零时，几乎没有磁性。 硬磁材料的特点是载流线
34、圈的电流为零时，仍然保很强的磁性。,矩磁材料的特点是载流线圈的电流为零时，因此磁性几乎保持不变，矩磁材料可用做记忆元件。,三、电磁感应 1、法拉第电磁感应定律,在实际应用中，常用楞次定律来判断感生电动势的方向，而用法拉第电磁感应定律来计算感生电动势的大小（取绝对值）所以这两个定律，是电磁感应的基本定律。,磁通量的变化率指的是磁通量的变化量和所用时间的比值；/t 1、磁通量的变化率是表示磁通量的变化快慢的物理量； 2、磁通量的变化率由磁通量的变化量和时间共同决定； 3、磁通量变化率大，感应电动势就大,2、自感、互感及同名端,1、自感现象:由于线圈本身的电流发生变化。而引起的电磁感应,2、互感现象
35、：我们把由一个线圈中的电流发生变化在另一线圈中产生的电磁感应叫互感现象，简称互感。,3、同名端,平伸左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿入掌心，并使四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向就是通电导体所受电磁力的方向。,3、通电直导体在磁场中受力方向左手定则,电磁力的方向,磁场对通电直导体的作用,磁场对通电直导体的作用实验：,通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力，也称安培力。,磁场对通电直导体的作用及判断电磁力的方向,通电直导体所受电磁力的大小,（1）电流方向与磁场方向垂直时，电磁力的大小：,（2）如果电流方向与磁场方向不垂直，而是有一个夹角，这时通电
36、导线的有效长度为。电磁力的计算式变为,当电流方向与磁场方向垂直时，电流所受的电磁力最大。,（为B与I的夹角）,四、通电平行直导线间的磁场作用,两条相距较近且相互平行的直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引（左图）；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥（右图）。,通电平行直导线间的作用,判断受力时，可以用右手螺旋法则判断每个电流产生的磁场方向，再用左手定则判断另一个电流在这个磁场中所受电磁力的方向。,高压输电线上的绝缘支柱,发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行的载流直导体，为了使母线不致因短路时所产生的巨大电磁力作用而受到破坏，所以每间隔一定间距就安装一个绝缘支柱，以平衡电磁力。,第四节
37、 电子技术基础,一、半导体的基本知识 1.半导体物体按照它的导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。各种金属、酸、碱、盐的水溶液以及人体等善于传导电流，这类物质称为导体。橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、电木、纸张、空气等物体不善于传导电流，这类物体称为绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物体，称为半导体；硅、锗和金属氧化物及硫化物等都属于半导体材料，其中硅和锗使用最为普遍。,2.本征半导体完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。3.P、N型半导体在单晶硅中，掺入少量的五价磷或三价硼，这种半导体称为N型半导体。在单品硅中掺入少量的三价硼，这种半导体称为P型半导体。,4.PN结通过一定的工
38、艺使P、N型半导体结合在一起，在PN型半导体的交界处存在着空穴和自由电子的浓度差，相互扩散，这样，就在交界处留下不能移动的由正负离子组成的空同电荷区，称为PN结。PN结具有单向导电性，当给PN结加正向电压，即P区接外加电源的正极，N区接负极，这时PN结导通，正向电阻小；PN结加反向电压，即P区接外加电源的负极，N区接正极，这时PN结截止，反向电阻大。,二极管的结构和图形符号,正极（阳极）,负极（阴极）,结构,正极（阳极）,负极（阴极）,V,电流方向,图形符号,外壳,二、晶体二极管1.晶体二极管结构 把PN结封装在管壳内，并引出两个金属电极，就构成一个二极管。P区引出的电极叫阳极，N区引出的电极
39、叫阴极。二极管的种类很多，按制造材料的不同分为硅管和储管；按PN结结构的不同分点接触型和面接触型。,二极管的伏安特性,加在二极管两端的电压与通过二极管的电流之间的关系称为二极管的伏安特性。,二极管加正向电压,二极管加反向电压,I,U,U,I,硅管,锗管,死区,导通区,截止区,反向击穿区,当二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正向电压达到和超过死区电压时，二极管才能导通。,当二极管加反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压（很高的反向电压）时，二极管会反向击穿。,三、二极管的主要参数,四、二极管的识别与检测,1、识别 二极管的识别很简单：小功率二极管的N极（负极），在二极管表面大多采用
40、一种色圈标出来；有些二极管也用二极管专用符号标志为“P”“N”来确定二极管极性的；发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负,2、检测,测试注意事项 ： 用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极黑表笔接二极管的负极，此时测试得阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。 用数字式万用表去测二极管时，用万用表量电阻档（一般用X100或X1K)的红黑两表笔分别接二极管两极，会出现一次阻值很小,而反过来阻值很大近似不通。在阻值很小的情况下,红表笔接的是正极. 用指针万用表判断稳压二极管的正负极和普通的二极管一样。注意不要用RX10K档。因为这一档是高压电池
41、。稳压值低的二极管会反向击穿。两表笔接二极管的两极。如果阻值较大，这时黑表笔所接是负极。红表笔所接是正极。如果阻值小黑表笔所接是正极。红表笔所接是负极。 指针式万用表的表笔接法与数字式的万用电表刚好相反,五、其他二极管,1、发光二极管（LED）,将电能转换成光能的半导体器件,正向电压,工作电压：,作用：,符号：,应用：,广泛应用于仪表、仪器，计算机、电气设备作电源信号指示；音响设备调谐和电平指示；广告显示屏的文字、图形、符号显示等。,作用：,工作电压：,符号：,它能将光信号转化为电信号,反向电压,又叫光敏二极管,2、光电二极管,应用：,常用于可见光接收、红外光接收及光电转换的自动控制、报警、计
42、数等设备。,符号：,作用：,工作电压：,PN结电容随反向电压的变化而变化,反向电压,3、变容二极管,应用：,变容二极管常用在高频电路中。例如：用在高频收音机的自动频率控制电路中，通过改变其反向偏置电压来自动调节本机振荡频率。用在电视机电调谐高频头的调谐电路中，通过改变反向偏置电压来选择电视频道。,三、晶体三极管,NPN型三极管,1、结构和符号,PNP型三极管,b,基极,e,发射极,c,集电极,集电结,发射结,N,集电区,N,发射区,P,基区,V,b,基极,e,发射极,c,集电极,集电结,发射结,P,集电区,P,发射区,N,基区,V,2、 类型,二、三极管的电流放大作用,1、 三极管的工作电压,
43、NPN型三极管,PNP型三极管,三极管电流分配实验电路,通过调节电位器RB的阻值，可调节基极的偏压，从而调节基极电流IB的大小。每取一个IB值，从毫安表可读取集电极电流IC和发射电流IE的相应值，实验数据见表2-4。,2、 三极管的电流放大作用,表2-4 三极管的电流放大作用,三极管三个电极电流关系,三极管电流放大作用的条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。三极管电流放大的实质是：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，是“以小控大”。,通过实验数据分析，三极管三个电极电流具有下表所示的关系。,结论：,三极管特性曲线测试电路,三、三极管的特性曲线,1、输入特性,锗管的输入特性曲线,硅管的输
44、入特性曲线,三极管的输入特性曲线,三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似，只有当发射结的正向电压UBE大于死区电压（硅管0.5V，锗管0.2V）时才产生基极电流IB，这时三极管处于正常放大状态,发射结两端电压为UBE（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。,2、 输出特性,三极管的输出特性曲线,每条曲线可分为线性上升、弯曲、平坦三部分。对应不同IB值得不同的曲线，从而形成曲线簇。各条曲线上升部分很陡，几乎重合,平坦部分则按IB值从下往上排列，IB的取值间隔均匀，相应的特性曲线在平坦部分也均匀分布，且与横轴平行。,在放大区内，有一个特定的基极电流，就有一个特定的集电极电流，实现基极对集电极电
45、流的控制。,输出特性曲线的三个区域,AC220V,DC3.7V 4.2V,直流稳压电源的方框图,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,负载,整流：将交流变为直流的过程。,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,稳压：使直流电源的输出电压稳定，消除由于电网电压波动、负载变化等对输出电压的影响。,一、 单相整流电路,1、单相半波整流电路,+ uL ,iF,1） 整流输出电压平均值,2） 二极管平均电流,3） 二极管最大反向电压,- u2 +,u2,优点：结构简单，使用元件少,缺点：输出电压脉动小，电源利用率低,想一想,如何充分利用后半个周期，提高电源利用率？,2.全波整流： 当输入电压处于交流电压正半周时，D1导通，VoVi（忽略管压降）；当输入电压处于负半周时，D2导通，VoVi。其输出波形是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。,3、单相桥式整流电路,RL,iL,V4,V3,V2,V1,u2,u1,输入正半周,输入负半周,（1） 工作原理,iL,+ uL ,+ uL ,简化画法,习惯画法,
