电工学(少学时课件全套教学教程整套课件全书电子教案.ppt

第一章 电路基本概念及元器件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电工学,(,少学时,),电工技术,：,电工学,（少学时）,电子技术,电路分析基础,模拟电子技术,数字电子技术,课程内容,绪 论,第一章 电路基本概念及,元器件,1.3 无源元件,1.1 电路概述,1.2,电路的基本物理量,1.4 有源元件,1.6 集成运算放大器,1.5 半导体器件,1.7 集成逻辑门电路,第1章 电路基本概念及元器件,本章主要内容,1.,实现电能的输送与转换,2.,实现信号的传递与处理,放大器,扬声器,话筒,发电机,升压,变压器,降压,变压器,电灯,电动机电炉,.,输电线,1.1.1,电路的作用和组成,1.1 电路概述,第一章 电路基本概念及,元器件,电路,：,电流流通的路径，由各种元件和器件组成,电源,信号源,负载,负载,连接部分,连接部分,4,、电源,(,信号源,),的电压或电流称为,激励,；,3,、电路的基本组成,第一章 电路基本概念及,元器件,电源或信号源、,负载,连接部分,5,、由激励所产生的电压和电流称为,响应,。,1.1.2,电路模型,电路模型,电路模型,电路模型：由理想电路元件所组成的电路,当电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。电路的这一状态称为,通路,。,1.通路,I,E,U,S,U,L,S,通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称为,有载,状态。,在使用电气设备时，应严格遵守,额定值,的规定。,1.1.3,电路的基本状态,额定值,：电气设备在长期连续运行或规定的工作状态下允许的最大值。,S1,S2,E,EL1,EL2,当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为,开路,。,有,源,电,路,开路的特点：,开路处的,电流,等于,零,I,0,开路处的电压应视电路情况而定,电源既不产生也不输出电功率，电源状态称为,空载,。,U,视电,路而定,2.开路,（断路）,当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这一部分电路所处的状态称为,短路,或,短接,。,S1,S2,电源短路,短路的特点：,短路处的,电压,等于,零,U,0,短路处的电流应视电路情况而定,I,视电路而定,有,源,电,路,EL1,EL2,3.短路,1.2.1,电流及其参考方向,1.2 电路的基本物理量,1.,电流（单位：安培,A,）,电流的实际方向：,正电荷定向移动的方向,。,2.,电流的参考方向,假定,的,正方向,，电路中用,箭头,或,双下标,表示。,A,B,如,i,AB,=1A,，,如,i,AB,=-1A,，,说明实际方向与参考方向,一致,；,说明实际方向与参考方向,相反,。,根据计算结果的正负来判断实际方向。,1.2.2,电压及其参考方向,1.,电压（单位：伏特,V,）,2.,电压的参考方向,电压的实际方向：高电位指向低电位。,(1),用正负号表示,(2),用双下标表示,(3),用箭头表示,注意：,电路分析中，电压和电流都是指它们的参考方向。,+,-,A,B,U,A,B,U,A,B,U,AB,3.,关联参考方向,关联参考方向：,电压和电流的参考方向一致。,非关联参考方向：,电压和电流的参考方向相,。,1.2.3,电功率和电能量,1.电,功率,单位为瓦特（,W,）。,电源：,发出功率,负载：,吸收功率,问题：,1,、是不是所有的电源在电路中都起电源作用？,2,、如何判断电路元件是电源,(,发出功率,),还是,负载,(,吸收功率,),？,(1),关联参考方向下：,如果,P0,，,该元件,吸收,功率，,消耗,电能，起,负载,作用；,如果,P0,，,该元件,发出,功率，,提供,电能，起,电源,作用,P,=,UI,(2),非关联参考方向下：,如果,P0,，,该元件,发出,功率，,提供,电能，起,电源,作用,参考方向,情况下,吸收功率,及,发出功率,的判断：,例,1,：如图所示电路中，各元件电压和电流的参考方向均已设定。已知：,I,1,=2A,I,2,=-,1A,I,3,=-,1A,U,1,=,7V,U,2,=,3V,U,3,=,4V,U,4,=,8V,U,5,=,4V,求各元件消耗或向外发出的功率。,1,U,1,+,_,I,1,3,5,I,2,I,3,2,4,U,2,U,3,U,4,U,5,+,+,+,+,_,_,_,_,解：元件,1,：为关联参考方向,P,1,=,U,1,I,1,=72=14w0,吸收功率,负载,元件,2,：为非关联参考方向，,P,2,=,U,2,I,1,=32=6w0,发出功率,电源,元件,3,：为关联参考方向,P,2,=,U,3,I,2,=,4,(,1)=,4,w,发出功率,电源,1,U,1,+,_,I,1,3,5,I,2,I,3,2,4,U,2,U,3,U,4,U,5,+,+,+,+,_,_,_,_,解：元件,4,：为关联参考方向,P,4,=,U,4,I,3,=8(,1)=,8w0,发出功率,电源,元件,5,：为非关联参考方向,P,5,=,U,5,I,3,=,4,(,1)=,4,w0，吸收电能,(2),在非关联参考方向下,p,=,ui,=-,i,2,R,0,，电容充电，以电场能的形式储存；,W,C,0,，充电，以磁场能的形式储存；,W,L,V,阴,，二极管导通；若,V,阳,0.7V,，二极管导通；若,V,阳,-V,阴,6V,时，,VD,导通，输出,u,o,=,6V,。,电路为单向限幅电路,4,、稳压二极管,符号,稳压二极管,工作在反向击穿区,两端电压变化很小,U,Z,：稳压值,使用稳压管注意事项：,必须串接限流电阻,串联后的稳压值为各管稳压值之和,不能并联使用,必须工作在反向偏置,1.,5,.,3,双极型晶体管,1,、晶体管的结构和类型,NPN,型,PNP,型,B,E,C,NPN,型三极管,B,E,C,PNP,型三极管,N,P,N,C,B,E,P,N,P,C,B,E,符号,：,制造工艺特点：,集电区：面积较大,掺杂浓度低,基区：较薄，掺杂浓度低,发射区：掺,杂浓度较高,集电结,发射结,2,、晶体管工作状态,(1),放大状态,特点,:,1),I,B,微小的变化，会产生,I,C,很大的变化。,I,C,=I,B,。,电流放大系数,条件：,发射结,正偏,集电结,反偏,2)0,U,CE,U,CC,NPN,型：,V,C,V,B,V,E,PNP,型：,V,C,V,B,V,E,(2),饱和状态,特点,:,1),I,B,增大，,I,C,基本不变,I,C,V,E,，,V,B,V,C,PNP,型：,V,B,V,E,，,V,B,V,C,(3),截止状态,特点,:,1),I,B,0,，,I,C,0,，,I,E,0,条件：,发射结,反偏,集电结,反偏,2),U,CE,U,CC,NPN,型：,V,B,V,E,，,V,B,V,E,，,V,B,V,C,3,、晶体管的伏安特性,(1),输入特性,i,B,=f,(,u,BE,),u,CE,=,常数,硅管：,U,BE,0.7 V,锗管：,U,BE,0.3 V,U,BE,(2),输出特性,i,C,=f,(,u,CE,),i,B,=,常数,放,大,区,截止区,饱和区,例,3,用直流电压表测得某放大电路的三只晶体管的三个电极对地电压分别如图所示。试指出每只晶体管的,C,、,B,、,E,极，以及类型和材料。,解：晶体管处在放大状态时，对于,NPN,型有：,V,C,V,B,V,E,；,而对于,PNP,型有：,V,C,V,B,V,B,，集电结也反偏，故晶体管工作于,截止状态,。,(b)U,BE,=3.7-3=0.7V,，发射结正偏，,V,C,V,B,，,集电结反偏，故晶体管工作于,放大状态,。,1.,6,集成运算放大器,1.,6,.,1,集成电路基础知识,集成电路是,20,世纪,60,年代发展起来的固体组件。它是用微电子技术将元件、导线、电路集成在一块很小的半导体芯片上。,集成电路的发展进程：,1960,年：小规模集成电路,SSI,。,1966,年：中规模集成电路,MSI,。,1969,年：大规模集成电路,LSI,。,1975,年：超大规模集成电路,VLSI,。,1958,年美国德州仪器公司（,TI,）的基尔比等人研制发明了世界第一块集成电路,集成电路分类,(1),模拟电路,处理模拟信号的电路。,如集成功率放大器、集成运算放大器等。,(2),数字电路,处理数字信号的电路。,如集成门电路、编码器、译码器、触发器等。,集成运算放大器,作用：,电压放大作用,双列直插封装形式与引脚排列,u,u,u,O,A,o,同相输入端,反相输入端,输出端,国标符号,习惯符号,反馈的概念,u,u,u,O,A,o,反馈,：凡是将放大电路,输出端的信号,（电压或电流）的,一部分或全部,引回到输入端,，与输入信号迭加，,就称为,反馈,。,若引回的信号削弱了输入信号，就称为,负反馈,。,若引回的信号增强了输入信号，就称为,正反馈,。,有反馈,：闭环,无反馈,：开环,i,D,u,u,u,O,集成运算放大器的主要参数,u,u,u,O,A,o,（,1,）开环电压放大倍数,A,O,集成运放本身,不引入反馈,时输出电压,u,o,与净输入电压,u,id,=(,u,+,u,-,),的比值，即,通常情况下，,A,O,的典型值为,10,5,10,8,。,u,id,u,u,u,O,A,o,（,2,）差模输入电阻,r,id,u,id,i,id,即集成运放开环时，净输入电压作用下从集成运放两个输入端看过去的等效电阻。,r,id,r,id,值越大，集成运放向信号源取用的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大。,（,3,）输出电阻,r,O,用来衡量集成运放在不同负载条件下维持输出信号电压（或电流）恒定能力的强弱。,（,4,）共模抑制比,K,CMRR,共模抑制比越大，则电路抗外部干扰能力越强,r,o,越小，当负载发生较大变化时，输出信号电压变化量也越小，集成运放带负载能力越强。,第一章 电路基本概念及,元器件,1.,6,.,2,理想的运算放大器,开环电压放大倍数：,A,o,开环输入电阻：,r,id,开环输出电阻：,r,o,0,u,u,u,O,理想运放的符号,理想运放的主要条件,u,O,=,U,OM,(2),当,u,u,时，,即,u,D,0,O,u,O,u,id,+,U,OM,U,OM,1.,不加反馈时，稍有,u,id,即进入饱和区。,理想运算放大器,的电压传输特性,约等于外,接正电源电压,理想运放的特性,约等于外,接负电源电压,正饱和区,负饱和区,i,id,反馈电路,u,u,u,O,(1),A,o,u,O,A,o,u,id,=,0,u,u,(2),r,i,u,id,r,id,i,id,=,0,故称为虚短路。,故称为虚开路。,引入负反馈后的理想运放,2.,加负反馈时，,工作在线性区,u,O,=A,o,u,id,=A,o,(,u,-,u,),例,1,由理想运放所构成的电路如图所示，求电路的输,出电压,U,O,。,I,I,解：假设流过,10k,电阻和,20k,电阻的电流为,I,1,和,I,2,，,由理想运放“虚短”的性质可知,u,u,=0,则,10k,电阻两端电压为,2V,，电流,I,1,为,再由理想运放“虚断”的性质可知，流入反相输入端的电流,i,-0,，故,10k,电阻和,20k,电阻可近似看成串联，则,I,2,I,1,，则,U,O,=2+200.2=6V,1.7,集成逻辑门电路,逻辑代数：,是按一定逻辑规律进行运算的代数，又称为布,尔代数。,注,：,1,、,逻辑代数用字母,（,A,、,B,、,C,、,）,表示变量，,这种变量称为,逻辑变量,。,2,、每,个逻辑变量的取值只有,0,和,1,两种可能，这里,0,和,1,不再表示数量的大小，只代表两种不同的状态。,例如：开关闭合为,1,晶体管导通为,1,电位高为,1,断开为,0,截止为,0,低为,0,正逻辑：,负逻辑：,规定高电平为逻辑,1,、低电平为逻辑,0,规定低电平为逻辑,1,、高电平为逻辑,0,通常未加说明，则为正逻辑,概述,1,、,与,逻辑运算,0,0,0,1,0,0,0 1,1 0,1 1,A,B,U,F,A,B F,与,逻辑运算,真值表,1.7.1,基本逻辑运算及其门电路,真值表：,能反映输入变量所有取值及其对应输,出值的表格。,注：,书写真值表时，通常将原因作为输入变量，将结果作为输出变量。,逻辑函数表达式：,F,AB,与门,的,图形符号：,&,A,B,F,国标,图形符号,国外,图形符号,曾用,图形符号,与门：,在逻辑电路中能实现,与逻辑运算,功能的电路,常用的,与门,芯片：,74LS,08,2,、,或,逻辑运算,U,A,B,F,0,1,1,1,0,0,0,1,1 0,1,1,A,B F,真值表,逻辑函数表达式,:,F,A,B,或门,的,图形符号,或门：,在逻辑电路中能实现,或逻辑运算,功能的电路,1,A,B,F,常用的,或门,芯片：,74LS,32,3,、,非,逻辑运算,逻辑函数表达式,:,A,U,F,R,0,1,1,0,A,F,真值表,F=A,A,反变量,A,原变量,非运算符,或门,的,图形符号,非门：,在逻辑电路中能实现,非逻辑运算,功能的电路,1,A,F,常用的,非门,芯片：,74LS,04,1.7.2,复合逻辑运算及其门电路,1,、,与非,逻辑运算,F,&,A,B,1,1,1,0,0,0,0 1,1 0,1 1,A,B F,真值表,F,=,A,B,74LS00,2,、,或非,逻辑运算,F,1,A,B,1,0,0,0,0,0,0 1,1 0,1 1,A,B F,真值表,F,=,A,B,74LS02,3,、,与或非,逻辑运算,等效电路,4,、,异或,逻辑运算,0,0,0 1,1 0,1 1,0,1,1,0,A,B F,真值表,=,=A B,A B,F,74LS86,基本逻辑关系小结,逻辑,符号,表达式,与,&,A,B,Y,A,B,Y,1,或,非,1,Y,A,Y=AB,Y=A+B,与非,&,A,B,Y,或非,A,B,Y,1,异或,=1,A,B,Y,Y=A,B,第2章 电路基本定律及分析方法,本章主要内容,2.3 叠加定理,2.1 基尔霍夫定律,2.2 支路电流法,2.4 戴维宁定理,2.1 基尔霍夫定律,基本概念,R,1,I,1,U,S1,R,2,I,2,U,S2,R,3,I,3,R,4,b,a,结点:,电路中 3 个或 3 个以上电路元件的连接点。,2个结点，3条支路,3个回路，2个网孔,支路:,两结点之间的每一条分支电路。,回路：,由电路元件组成的,闭合路径,。,网孔：,未被其他支路分割的,单孔回路,。,KCL:,在任一时刻，流入任一结,点的电流之和等于流出该,结点的电流之和。,结点,a,:,I,1,I,2,I,3,I,1,I,2,I,3,0,规定：,流入,结点的电流前取,正号,流出,结点的电流前取,负号,KCL,的另一种表示方法：,2.1.1 基尔霍夫电流定律（KCL）,或者,在任一时刻，任一结点上电流的,代数和,为零。,例1,如图所示的电路中，,i,1,=5A，,i,3,=2A，试求,i,2,。,解：,根据KCL 可列出,i,1,+,i,2,-,i,3,=0,5+i,2,-2=0,则,i,2,=-3A,即电流,i,2,的大小为 3A，而实际方向与参考方向,相反,。,KCL推广：应用于电路中任何一个假定的闭合,面,广义结点,。,I,A,+I,B,+I,C,=,0,I,=?,U,2,U,3,U,1,+,_,R,R,1,R,+,_,+,_,R,广义结点,绕行方向：,顺时针方向或逆时针方向,R,1,I,1,U,S1,R,2,I,2,U,S2,R,3,I,3,R,4,b,a,U,1,U,2,U,S2,U,2,U,1,U,S1,0,KVL:,在电路的任何一个,回路,中，按,固定的方向绕,行,，则任一时刻所有元件,电压的代数和为零,。,规定:,与绕行方向一致的电压取正号，相反取负号,以左边网孔为例：,2.1.2 基尔霍夫电压定律（KVL）,KVL推广：应用于任何一个,假想闭合,的电路,作用,：,求开路电压,U,S,IR,U,=0,U,=,U,S,IR,或,根据 KVL可列出,U,S,I,U,R,+,_,+,_,例2 试求出如图(a)所示电路中的电流,I,和图(b)所示电路中的电压,U,。,(a),(b),解：(a,)对图中,闭合面列KCL方程，可得,I,+5+（6）=3,故,I,=4A,(1),(2),(b)对回路(1)和回路(2)列出KVL方程，有,U,+3,I,3=0,(2+3),I,+423=0,故,I,0.2A,U,2.4V,2.2 支路电流法,支路电流法解题的一般步骤,R,1,E,1,R,3,R,2,E,2,(1)确定支路数，选择各,支路电流的参考方向。,I,1,I,2,I,3,结论,：,n,个结点只能列出,n,1个独立的结点方程。,(2,)确定结点数，列出,独立的结点电流方,程。,a,b,结点,a,:,I,1,I,2,I,3,0,结点,b,:,I,1,I,2,I,3,0,只有1个方程是独立的,(3)确定余下所需的方程式数，列出独立的回路电压方程式。,R,1,E,1,R,3,R,2,E,2,I,1,I,2,I,3,a,b,左网孔:,R,1,I,1,R,3,I,3,E,1,右网孔:,R,2,I,2,R,3,I,3,E,2,(4,)解联立方程式，求出各支路电流的数值。,R,1,I,1,R,3,I,3,E,1,I,1,I,2,I,3,0,R,2,I,2,R,3,I,3,E,2,求出：,I,1,、,I,2,和,I,3,。,例1 试求出如图所示电路中的各支路电流。,解：将各支路和结点标于图中。当不需求a、c和b、d间的,电流时，a与c、b与d可分别看成一个结点。,(1)应用KCL列结点电流方程,对结点 a：,I,1,+,I,2,I,3,+7,=0,(2)应用KVL列回路电压方程,对回路1：12,I,1,6,I,2,=42,对回路2：6,I,2,+3,I,3,=0,(3)联立解得：,I,1,=2A，,I,2,=3A，,I,3,=6A,(2),(1),2.3 叠加定理,在含有,多个独立电源,的,线性电路,中，任一支路的电流或电压等于电路中,各个电源分别单独作用,时在该支路产生的电流或电压的,代数和,。,I,2,R,1,+,R,2,I,S,U,S,当,电压源,不作用时应视其,短路,，,而,电流源,不作用时则应视其,开路,。,I,1,=,R,1,+,R,2,U,S,R,1,R,2,I,S,U,S,+,叠加定理,：,（1）电源单独作用时，应将其他电源,置零,。即应将其他,U,S,=0（,电压源代之以短路,）,，将其他,I,S,=0（,电流源代之以开路,）。,应用叠加定理,时要注意：,（2）最后叠加时，如电源单独作用时的电流和电压分量的参考方向与总电流和电压的参考方向,一致时前面取正号,，,不一致时前面取负号,。,（3）叠加定理只能用来分析和计算电流和电压，,不能用来计算功率,。,解：,电压源,E,单独作用的电路如图,例1 电路如图所示，已知,E,=10V、,I,S,=1A，,R,1,=10,，,R,2,=,R,3,=5,，试用叠加原理求流过,R,2,的电流,I,2,和理想电流源,I,S,两端的电压,U,S,。,电流源,I,S,单独作用的电路如图,所以,二端网络：,具有向外引出一对端子的电路或网络。,b,a,E,+,R,1,R,2,R,3,R,4,无源二端网络,有源二端网络,2.4 戴维宁定理,二端网络的概念,无源二端网络：,二,端网络中没有独立电源。,有源二端网络：,二端网络中含有独立电源。,b,a,U,S,+,R,1,R,3,I,S,R,L,R,2,任何一个线性有源二端网络都可以用一个理想电压源,U,es,和一个电阻,R,0,串联,的等效电路来代替,。,N,S,a,b,U,es,R,0,+,_,a,b,电压源,U,es,等于有源二端网络的,开路电压,U,OC。,+,U,OC,电阻,R,0,是有源二端网络中所有,独立电源置零,后,端口a b处的等效电阻,。,电源置零,电压源:用短路代替,电流源:用开路代替,戴维宁定理,+,U,OC,a,b,40V,20V,+,4,4,+,a,b,40V,20V,+,4,4,+,R,0,=2,U,OC,=30V,a,b,4,4,R,0,a,b,30V,2,+,例1,：,例2 电路如图所示，已知：,R,1,=,R,2,=,R,3,=1，,R,4,=2，,R,5,=1，,U,S,=6V，试用戴维宁定理求电流,I,5,。,解:,利用等效电源定理解题的,一般步骤如下：,（1）将待求支路提出，使,剩下的电路成为有源二端网络。,（2）求出有源二端网络的开路电压,U,OC,。,故,（3）求出等效电阻,R,o,。,令电压源电压为零，得到如图所示电路，由图得,（4）画出戴维宁等效电路，则,解：,移去电阻,R,4,所在支路，得,（1）求开路电压,U,oc,例3 求图2-13所示电路中的电流,I。,已知,R,1,=R,3,=2,，,R,2,=,5,，,R,4,=8,，,R,5,=14,，,U,s1,=8V，,U,s2,=,5V，,I,S,=,3A。,将电压源短路，电流源开路，得到如图所示电路。故,（2）求等效电阻,R,eq,（3）画出戴维宁等效电路，如图所示，则,第 3 章 正弦交流电路,本章主要内容,3.3 交流电路的功率,3.1 正弦交流电路的基本概念,3.2 三相四线制供电系统,3.1 正弦交流电路的基本概念,正弦量:,随时间按正弦规律变化的电动势、电压和,电流统称为正弦量。,最大值(幅值）:决定正弦量的大小,角频率：决定正弦量变化快慢,初相位：决定正弦量起始位置,i=I,m,sin(,t,+,),I,m,O,i,t,正弦量的,三要素,瞬时值,最大值（幅值）,角频率,初相位,3.1.1 正弦量的三要素,正弦交流电:,按正弦规律变化的交流电。,有效值：,E、I、U,与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。,幅值,：,I,m,、,U,m,、,E,m,幅值必须大写,下标加m。,瞬时值,:,e、i、u,I,R,R,i,注意：,1)交流电压、电流表测量数据为有效值;,2）,交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值,同理：,瞬时值、幅值、有效值、峰峰值,峰峰值,:,一个周期内信号最大值和最小值之间的差,电压峰峰值,周期,T,：,变化一周所需要的时间（s）。,频率,f,：,1s 内变化的周数（Hz）。,角频率,：,正弦量 1s 内变化的弧度数。,T,1,f,=,=,2,(rad/s),T,=2,f,i,2,O,t,T,交流电的周期、频率、角频率,常见的频率值,有线通信频率：,300 5 000 Hz；,中国和欧洲国家 50 Hz，,美国、日本 60 Hz,各国电网频率：,高频加热设备频率：,200 300 kHz。,无线通信频率：,30 kHz 310,4,MHz；,工频：,50 Hz,2）瞬时值表达式,前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。,1）波形图,.,正弦量的表示方法,重点,3）相量：,表示,正弦量的,复数,称相量,u,O,3.1.2 正弦量的相量表示,+j,+1,A,b,a,r,0,2.正弦量的相量表示,复数,A,表示形式,(1)代数式,A,=,a+,j,b,r,复数的模,复数的辐角,(2)极坐标式,代数式极坐标式,极坐标式代数式,加、减法：,A,1,A,2,=(,a,1,a,2,)+,j(,b,1,b,2,),乘法:,A,1,A,2,=,c,1,c,2,1,2,设：,A,1,=,a,1,j,b,1,=,c,1,1,A,2,=,a,2,j,b,2,=,c,2,2,=,A,1,A,2,c,1,c,2,1,2,除法：,复数的运算：,例1 已知两个复数为,A,1,=3+j4，,A,2,=8-j8，求它们的和、差、积、商。,解：,设正弦量:,电压的有效值相量,相量表示:,电压的幅值相量,或,注意：,相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。,解:,相量式,例,:,将,u,、,i,用相量表示,或,或,例2:,已知,有效值,I,=16.8 A,求,：,解：,例 3 已知,u,1,和,u,2,的有效值分别为,U,1,=100 V，,U,2,=60 V，,u,1,超前于,u,2,60，求：总电压,u,=,u,1,+,u,2,的有效值。,解:,选,u,1,为参考相量,U,1,=,100,0,V,V,60,U,2,=,60,U,1,+,U,=,U,2,（100,60,=,0,+,60,）V,V,21.79,=,140,注意：,在正弦交流电路中，电流和电压的,瞬时值,、,相量,都,满足,基尔霍夫定律,，而,有效值,一般情况下,不满足,基尔霍夫定律,。,3.1.3 阻抗,在正弦交流电路中，,负载,通常用,阻抗,来表示，其符号为,Z,。,阻抗的定义,在电压和电流频率相同的条件下，阻抗 Z 的定义为负载端电压相量,U,除以流过负载的电流相量,I,。,|,Z,|阻抗模,阻抗角,阻抗 Z 为复数，单位为欧姆（）,I=I,i,设,U=U,u,，,则,u,i,=,u,i,可得,例4,已知某负载的电流,I,=5 10,o,A，,U,=220 45,o,A,求负载的阻抗。,解：,阻抗串并联性质,3.2 三相四线制供电系统,由三相交流发电机三相对称绕组产生的三个频率相同、幅值相等、相位,互差120,的三相对称正弦电压,u,A,、,u,B,和,u,C,。,3.2.1 三相四线制供电电路,对称三相电源,A,+,X,u,A,B,+,Y,u,B,C,+,Z,u,C,A、B、C,三端称为始端，,X、Y、Z,三端称为末端。,对称三相电源相量表示,对称三相电源的特点,把三个电源绕组的,末端 X、Y、Z 接在一起,，,把始端,A、B、C,引出来,。,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,N,X、Y、Z,接在一起的点称为Y接对称,三相电源的中点,，用,N,表示。,三相四线制电源,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,N,1),端线,(,相线、火线,)：始端,A,B,C,三端引出线,2),中线,(,零线,）：中点,N,引出线,5),相电压,：每,相电源,的电压,4),线电压,：,端线,与,端线,之间的电压,6),相电流,：每,相电源,的电流,7),线电流,：每根,端线,的电流,三相四线制:端线与中线间的电压,相关概念,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,N,线电压与相电压的关系,同理,结论：,1),线电压之间也互差 120,2),三相负载,不对称三相负载：,不满足,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,对称三相负载：,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,单相负载：,只需一相电源供电,如,照明负载、家用电器,负载,三相负载：,需三相电源同时供电,如三相电动机等,3.2.2 三相电路负载的连接,+,_,+,_,_,+,Z,A,Z,C,Z,B,A,B,C,a,b,c,对称负载情况下，,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,，,则,中线电流,三相四线制电路的特点,中线可省略，电路可简化为三相三线制。,不对称负载情况下，,I,N,0，,中线不能省略,例1 有60盏额定电压为220V、额定功率为100W的白炽灯，平均安装在三相电网上，电源电压为380/220V，试画出电路图，并求电灯全部接通时各相电流和线电流。,解：,由于白炽灯额定电压为220V，电源的相电压也是220V，故60盏白炽灯平均分成三组并且三组电灯接成星形，电路如图所示。,每相电灯数为,每盏白炽灯的电阻为,电灯全部接通时每相负载的电阻为,各相电流的有效值为,因负载作星形连接，故,由于白炽灯是纯电阻负载，故相电流与相电压同相，各相电流的相位互差120,o,，此时中线电流为零。,例2 如图所示三相四线制照明电路，如A相短路：,(1)中性线未断时，求各相负载电压；,(2)中性线断开时，求各相负载电压。,解：,(1)中性线未断时，此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而 B相和C相未受影响，其相电压仍为220V，正常工作。,(2)中性线断开时，此时负载中性点N即为A,因此负载各相电压为,此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（220V)，电灯将会烧坏，这是不允许的。,例3 三相负载不对称而又没有中性线时,故障分析,R,2,R,3,L,1,L,2,L,3,R,1,N,S,分析:,三相负载的相电压不会对称，导致有的相电压超过负载的额定相电压，有的低于额定相电压，致使负载不能正常工作，甚至损坏。,中线的作用：保证三相不对称负载的相电压对称。,照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器、过电流保护装置或刀闸开关。,三相五线制供电系统,（TN-S 系统）,3.3 三相电路的功率,3.3.1 单相交流电路的功率,i,=,I,m,sin,t,u,=,U,m,sin(,t,+,),p,=,u i,=,U,m,I,m,sin(,t,+,)sin,t,=,U I,cos,+,U,I,cos(2,t,+,),p,d,t,1,0,T,P,=,T,=,UI,cos,I,Z,+,U,瞬时功率,有功功率(平均功率）,cos,功率因数,功率因数低的害处,当,P,一定时，cos,I,功率损失线路电压降落,增加了供电设备和输电线路的功率损失,常用电路的功率因数,纯电阻电路,R L C,串联电路,纯电感电路,纯电容电路,电动机 空载,满载,日光灯,cos,j,=1,cos,j,=0,cos,j,=0,0,cos,j,1,cos,j,=0.2 0.3,cos,j,=0.7 0.9,cos,j,=0.5 0.6,P,p,=,U,p,I,p,cos,三相总功率,P,=3,P,p,=3,U,p,I,p,cos,一相负载的功率,3.3.2 三相交流电路的功率,对称三相电路的平均功率,注意：,1）公式也适用于负载作连接，与负载连接方,式无关,2）,为相电压与相电流的相位，不要误以为是线电压与线电流的相位差。,例1 对称三相电路中，每相负载阻抗,Z,=(6+j8)，电源线电压有效值为380V，求三相负载的有功功率。,解,:,由线电压380V求出相电压,相电流,相电压与相电流的相位差，就是阻抗角,为,有功功率,第4章 信号放大与运算电路,本章主要内容,4.1 共发射极放大电路,4.2 运算放大电路,4.1.1 共发射极放大电路的工作原理,1、电路的组成,B,C,E,R,B,R,C,U,CC,U,BB,U,CC,B,C,E,R,B,R,C,两个电源的放大电路,一个电源的放大电路,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,4.1 共发射极放大电路,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,R,B,R,C,-U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,NPN 管放大电路,PNP 管放大电路,输入耦合电容,C,1,保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。,输出耦合电容,C,2,保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。,静态,:时,放大电路的工作状态，也称,直流工作状态,注：1）放大电路,建立正确的静态,，是保证动态工作的前提。,2）分析放大电路必须,要正确地区分静态和动态,，正确地区分,直流通道,和,交流通道,。,静态,和,动态,的概念,动态,:时,放大电路的工作状态，也称,交流工作状态,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,i,B,u,BE,2、工作原理（,信号的放大过程,）,1.静态时,u,i,=,0，直流电源单独作用。,2.动态时,输入信号,u,i,，,O,u,i,t,i,C,u,CE,输出信号,u,o,=u,ce,=,R,C,i,c,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,O,t,u,i,t,u,o,O,t,U,BE,O,I,B,t,O,t,U,CE,O,t,I,C,O,t,u,o,O,信号的放大过程,结论:,放大电路中的信号是交直流共存，可表示成,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,直流通路的画法：,(1)信,号源中的电动势短路；,(2)电容开路。,I,B,R,B,+,U,BE,=U,CC,I,C,=I,B,U,CE,=U,CC,R,C,I,C,U,CC,U,BE,R,B,I,B,=,I,B,R,B,R,C,+U,CC,U,BE,直流通路,放大电路,静态分析(,静态工作点的确定,),4.1.2 共发射极放大电路的,静态,分析,例1 在如图所示的固定偏置放大电路中，已知,U,CC,=6 V,R,B,=180 k，,R,C,=2 k,=50，晶体管为硅管。试求放大电路的静态工作点。,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,解：,I,C,=,I,B,U,CE,=U,CC,R,C,I,C,U,CC,U,BE,R,B,I,B,=,6,0,.7,180,=,mA,=0.029 4 mA,=50,0.029 4 mA,=1.47 mA,=(6,2,1.47),V,=3.06 V,4.1.2 共发射极放大电路的,动态,分析,动态,分析的目的：研究放大电路对,信号的放大能力,难点：,双极型晶体三极管的,非线性，,电路为,非线性电路,解决方法：,在小信号条件下，双极型晶体三极管可以等效为线性元件，用,微变等效模型,表示,。电路转化为线性电路,1.晶体管的微变等效模型,输入回路,U,BE,I,B,为一个常数,I,B,I,B,U,BE,称为,晶体管的输入电阻,r,be,=,i,B,u,BE,O,Q,i,C,u,CE,u,BE,i,B,B,E,C,电路图,输入特性,晶体管从输入端看，可以用一个等效的动态电,阻,r,be,代替,。,r,be,可以估算：,r,be,=200,+,26,I,C,i,C,u,CE,u,BE,i,B,B,E,C,be,B,E,r,be,I,b,电路图,输入端口等效电路,ce,C,I,c,E,I,b,(2),输出回路,在放大区:,I,C,=I,B,从输出端看，可以用一个,受控电流源代替。,i,C,u,CE,u,BE,i,B,B,E,C,be,B,E,r,be,I,b,ce,C,I,c,I,b,晶体管的微变等效模型,I,i,I,b,I,c,I,o,R,B,R,C,U,o,U,i,R,B,R,C,+U,CC,u,o,u,i,C,1,C,2,2.放大电路的微变等效电路,+,_,U,s,R,s,R,L,I,b,I,c,I,i,U,o,U,i,B,r,be,C,R,B,R,C,E,I,o,I,b,放大电路,微变等效电路,B,E,C,(1)先画交流通路。,画法：,C,短路，,U,CC,短路,(2)交流通路中晶体管用微变模型代替,动态性能指标,电压放大倍数,A,u,输入电阻,r,i,输出电阻,r,o,电压放大倍数,A,u,：,输入为正弦交流信号时 或,输入电阻,r,i,：,输入为正弦交流信号时,r,i,输出电阻,r,o,：,从放大电路输出端看进去的等效内阻,r,o,I,sc,I,sc,+,-,U,oc,U,oc,+,-,+,-,U,oc,r,o,=,I,sc,U,oc,U,oc,开路电压,I,sc,短路电流,3.利用微变等效电路计算放大电路的性能指标,A,u,=,U,o,U,i,其中：,R,L,=,R,C,R,L,I,c,(,R,C,R,L,),I,b,r,be,=,R,L,r,be,=,r,i,U,i,I,i,=,I,i,(,R,B,r,be,),I,i,=,=,R,B,r,be,r,be,U,OC,I,SC,r,o,=,I,c,R,C,I,c,=,=,R,C,+,_,U,s,R,s,R,L,I,b,I,c,I,i,U,o,U,i,B,r,be,C,R,B,R,C,E,I,o,I,b,运用,微变等效电路法,作动态分析的步骤,第一步：画出交流通路,注意：,直流电源置零，用接地代替;电容用短路代替,第二步：晶体管用小信号模型代替,得到微变等效电路,注意：,基极与发射极之间填入电阻,r,be,;集电极与发射极之间填入受控电流源,第三步：利用微变等效电路求出动态性能