《电工电子技术》陈佳新主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

时间: 2023-03-01 20:59:21  149 电工电子技术

图书名称:《电工电子技术》

【作 者】陈佳新主编
【丛书名】普通高等教育电工电子基础课程系列教材
【页 数】 262
【出版社】 北京:机械工业出版社 , 2021.01
【ISBN号】978-7-111-66320-1
【价 格】45.00
【分 类】电工技术-高等学校-教材-电子技术-高等学校-教材
【参考文献】 陈佳新主编. 电工电子技术. 北京:机械工业出版社, 2021.01.

图书封面:

图书目录:

《电工电子技术》内容提要:

本书依据教学要求编写,全面系统地论述了电工电子技术的基本理论及应用分析。全书分为12章,主要内容包括:电路的基础概念和基本定律、电路的分析计算方法、正弦稳态交流电路的分析计算、一阶线性电路的暂态分析、变压器与电动机、常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器及其应用、直流稳压电源、逻辑代数基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路。本书配套多媒体电子课件和部分参考答案。本书配套了多媒体电子课件,欢迎选用本书作教材的老师登录www.cmpedu.com注册下载。本书可作为高等学校非电类专业相关课程的教材,也可作为相关行业领域工程技术人员科技工作者的重要参考资料。

《电工电子技术》内容试读

第1章电路的基本概念和基本定律

随着科学技术的飞速发展,现代电工电子设备种类繁多,规模和结构更是日新月异,但无论怎样设计和制造,这些电工电子设备几乎都是由各种基本电路组成的。所以,学习电路的基础知识,掌握分析电路的规律与方法,是学习电工电子技术的重要内容,也是进

一步学习电机、电气和电子技术的基础。本章重点阐明了有关电路的基本概念、基本元件特性和电路基本定律。

1.1电路和电路模型

1.1.1电路

1.电路及其组成

简单地讲,电路就是电流通过的路径。实际电路通常由各种电路元器件(如电源、电阻器、电感线圈、电容器、变压器、二极管、晶体管等)相互连接组成。每种电路元器件都具有各自不同的电磁特性和功能。按照人们的需要,把相关电路元器件按一定方式进行组合,就构成了一个电路。当某个电路元器件数目很多且电路结构较为复杂时,通常又把这些电路称为电网络。

手电筒电路、单个照明灯电路是在实际应用中较为简单的电路,而电动机电路、雷达导航设备电路、计算机电路、电视机电路是较为复杂的电路,但不论是简单还是复杂,电路的基本组成部分都离不开三个基本环节:电源、负载和中间环节。

电源是向电路提供电能的装置,它可以将其他形式的能量,如化学能、热能、机械能、原子能等转换为电能。在电路中,电源是激励,由其产生的电压、电流称为响应。根据激励与响应的因果关系,有时将激励称为输入,响应称为输出。负载是取用电能的装置,它将电能转换为其他形式的能(如机械能、热能、光能等)。通常在生产与生活中用到的电灯、电动机、电炉、扬声器等用电设备都是电路中的负载。中间环

弹簧

节在电路中起着传递电能、分配电能和控制整个电路的作用。

Us

电灯泡

中间环节可以是由开关和连接导线、保护和检测装置等组成,也可以是由许多电路元件组成的网络系统。

在图1.1.1所示的手电筒照明电路中,电池作为电源

开关9

金属连片

电灯泡作为负载,导线和开关作为中间环节,将电灯泡和电

图1.1.1手电筒照明电路

池连接起来。

2.电路的种类及功能

工程应用中的实际电路,按照功能的不同可分为两大类:一是完成能量的传输、分配和转换的电路,如图1.1.1所示,电池通过导线将电能传递给电灯泡,电灯泡将电能转化为光能和热能,这类电路的特点是大功率、大电流:二是实现对电信号的传递、变换、储存和处

·2

电工电子技术

理的电路,图1.1.2所示的是一个扩音机的工作过程,传声器将声音的振动信号转换为电信号,即相应的电压和电流,经过放大处

理后,通过电路传递给扬声器,再由扬声器还原为声音,这类电

传声器

扬声器

路的特点是小功率、小电流。

图1.1.2扩音机电路

1.1.2电路模型

实际电路的电磁过程是相当复杂的,难以进行有效的分析计算。在电路理论中,为了方便实际电路的分析和计算,通常在工程实际允许的条件下对实际电路进行模型化处理,即忽略次要因素,抓住足以反映其功能的主要电磁特性,抽象出实际电路器件的“电路模型”。

例如电阻器、灯泡、电炉等,这些电气设备接收电能并将电能转换成光能或热能,光能和热能显然不可能再回到电路中,因此把这种能量转换过程不可逆的电磁特性称为耗能。这些电气设备除了具有耗能的电磁特性外,还具有其他一些电磁特性,但在研究和分析问题时,即使忽略这些其他电磁特性,也不会影响整个电路的分析和计算。因此,可以用一个具有耗能电磁特性的“电阻元件”作为它们的电路模型。

将实际电路元件理想化而得到的只具有某种单一电磁特性的元件,称为理想电路元件,简称电路元件。每种电路元件都体现了某种基本现象,具有某种确定的电磁特性和精确的数学定义。常用的有表示将电能转换为热能的电阻元件、表示电场性质的电容元件、表示磁场性质的电感元件、电压源元件和电流源元件等,其电路符号如图1.1.3所示。本章后续将分别介绍这些常用的电路元件。

将由理想电路元件相互连接而组成的电路称为电路模型。如图1.1.1中,电池对外提供

电压的同时,内部也有电阻消耗能量,所以电池用其电压源、和内阻R,的串联表示;电灯

泡除了具有消耗电能的性质(电阻性)外,在通电时还会产生磁场,具有电感性。但是电

感十分微弱,可忽略不计,因此可认为电灯泡是一个电阻元件,用R表示。图1.1.4所示

为图1.1.1的电路模型。今后本书所涉及的电路,均指由理想电路元件构成的电路模型。

R

电阻

电感

电容

s

①D

开关

电压源

电压源

电流源

电源

负载

图1.1.3理想电路元件的符号

图1.1.4手电筒照明电路的电路模型

1.2电路的基本物理量

1.2.1电流

电流等于单位时间内通过导体横截面的电荷量,用符号(t)和g(t)分别表示电流和电荷量,即

i(t)=da(t)

(1.2.1)

dt

第1章电路的基本概念和基本定律

·3

在国际单位制(SI)中,电荷量dg(t)的单位为库仑[C],时间t的单位为秒[s],

电流的单位为安培[A]。

通常,习惯上将正电荷移动的方向规定为电流的正方向,也称为电流的实际方向。

如果电流的大小和方向都不随时间变化,则把这种电流称为恒定电流,简称直流(D-

rect Current,DC),可用符号I表示。如果电流的大小和方向都随时间变化,则把这种电流称为交变电流,简称交流(Alternating Current,AC),可用符号i(t)来表示。

以上规定了电流的实际方向,但是在进行电路分析时,电路中某个元件或某段电路的电流方向是未知的,因此在分析计算前需要先假定电流的参考方向。参考方向的假定可以是任意的,一般可用一个实箭头表示。如图1.2.1a所示,长方框表示电路中的一个元件或一段电路。箭头由a指向b的方向,是假定流经这个元件的电流的参考方向。但流过该元件的电流的实际方向可能是由a指向b,也可能是由b指向a。也就是说,电流的参考方向与电流的实际方向要么相同,要么相反。若电流的实际方向是由a指向b,即如图1.2.1b中虚线箭头所示,它与假定的参考方向一致,则电流i为正值,即i>0。在图1.2.1c中假定电流的参考方向是由b指向a,而实际方向是由a指向b,与电流i的参考方向相反,即i<0。这样,在已经假定电流参考方向的情况下,电流i值的正与负,就反映了电流的实际方向。若没有假定电流的参考方向,电流的正值和负值就毫无意义,所以在分析电路时要预先假定电流的参考方向。

一电流参考方向

一电流参考方向

电流参考方向

10

ob

-ob

H O

-ob

心0电流实际方向

电流实际方向

i<0

a)

b)

图1.2.1电流的参考方向

1.2.2电压

电压等于单位正电荷在电场力作用下由a点移到b点时所做的功,即

dw ab

Uab =

(1.2.2

dq

式中,dw为转移过程中电荷dg所失去的电能,单位为焦耳[J刀;电压单位为伏特[V]。

单位正电荷在电场力的作用下由a移到b,消耗电能,则a点是高电位点,称为正极,用符号“+”表示,b点为低电位点,称为负极,用符号“-”表示。电荷转移失去电能表现为电压降落,即电压降。通常,电路中两点之间的电压方向可用电压极性或电压降方向表示。

若电压的大小和极性均不随时间变动,则这样的电压称为恒定电压或直流电压,可用符号U表示。若电压的大小和极性均随时间变化,则称为交变电压或交流电压,用符号“(t)表示。

电路两点之间的电压如同电流一样,在计算时也需要假定参考极性或参考方向。在图

1.2.2a中,如果假定a点的电位高于b点的电位,则a点为“+”极性,b点为“-”极性。若实际中a点的电位高于b点的电位,则电压u>0,这表示元件两端的电压实际极性

·4

电工电子技术

与参考极性相同,或者说电压实际方向与参考方向一致。如果“<0,说明电压的参考方向与实际方向相反,如图1.2.2b所示。

电压参考极性

电压参考极性

ob

a o

ob

>0

电压实际极性

u<0

电压实际极性

a】

b

图1.2.2电压的参考极性

一个元件中通过的电流或端电压的参考方向可以分别任意指定。如果假定流过元件的电流参考方向是从标有电压“+”极性的一端指向电压“-”极性的一端,即电流和电压参考方向一致,则把这种电流和电压参考方向称为关联参考方向,如图1.2.3所示。在图

1.2.3b中,N表示电路的一部分,N有两个端子与外电路相连,为二端电路,其电流i的参考方向是从电压的“+”极端流入二端电路,再从“一”极端流出,电流和电压参考方向

一致,所以是关联参考方向。当电压和电流的参考方向不一致时,称为非关联参考方向。图

1.2.3c所示的电流与电压是非关联参考方向。

为了方便分析问题,常在电路中指定一点作为参考点,假定该点的电位是零,用符号“⊥”表示,如图1.2.4所示。在生产实践中,把地球作为零电位点,凡是机壳接地的设备,机壳电位即为零电位。有些设备或装置的机壳并不接地,而是把许多元件的公共点作为

零电位点。电路中其他各点相对于参考点的电压就是各点的电位,用V表示,单位为伏特

[V]。任意两点间的电压等于这两点的电位之差,即Vb=V。-V,。

N

R

a)

b)

图1.2.3关联和非关联参考方向

图1.2.4零电位示意图

电路中各点电位的高低是相对的,参考点不同,各点电位的高低也不同,但是电路中任意两点之间的电压与参考点的选择无关。电路中,凡是比参考点电位高的各点电位都是正电位,比参考点电位低的各点电位都是负电位。

【例1.2.1】求图1.2.5中a点的电位

+12V

402

20

+12V

502

30Q

4

b】

图1.2.5例1.2.1图

解对于图1.2.5a有

20

V=40+20×12V=4y

对于图1.2.5b,有

第1章电路的基本概念和基本定律

·5

30

V=-4V+50+30×[12-(-4)]V=2V

国际单位制(S)已规定了电路变量的单位,如安、伏、秒等。表1.2.1所示为部分国

际单位制中规定的十进制倍数和分数的单位词头

1微安[uA]=1×10-6安[A]

5千伏[kV]=5×103伏[V

2毫秒[ms]=2×10-3秒[s]

表1.2.1部分国际单位制倍数与分数词头

词头名称

词头名称

倍数

词头符号

分数

词头符号

中文

原文(法)

中文

原文(法)

102

太[拉]

tera

T

10-1

deci

d

109

吉[咖]

giga

10-2

centi

10

mega

M

10-3

milli

m

103

kilo

k

10-6

micro

102

hecto

10-9

纳[诺]

nano

10

deca

da

10-2

皮[可]

pico

1.2.3电功率

电流通过电路时传输或转换电能的速率,即单位时间内电场力所做的功,称为电功率,简称功率。数学描述为

dw

P=dt

(1.2.3)

式中,p为功率。在国际单位制中,功率的单位是瓦特[W],规定元件1s内提供或消耗1J能量时的功率为1W。常用的功率单位还有千瓦[kW],1kW=1000W。

将式(1.2.3)等号右边的分子、分母同乘以dg后,变为

dw dwe dg=ui

pdt da dt

(1.2.4)

可见,元件吸收或发出的功率等于元件上的电压乘以元件中的电流。

若元件的电流为直流电流1,电压为直流电压U,则电功率为

P=UI

(1.2.5

当式(1.2.4)或式(1.2.5)中的电压和电流是关联参考方向时,则p为元件吸收的电功率。若在某一时刻,p>0,表明元件吸收电功率;p<0,表明元件实际上提供电功率或输出电功率。

当电流的单位为安培[A]、电压的单位为伏特[V]、能量的单位为焦耳[J]、时间的

单位为秒[s]时,电功率的单位为瓦特[W]。

电气设备或元件长期正常运行的电流允许值称为额定电流,其长期正常运行的电压允许值称为额定电压。额定电压和额定电流的乘积为额定功率。通常电气设备或元件的额定值标在产品的铭牌

上。如一白炽灯标有“220V、40W”,表示它的额定电

压为220V,额定功率为40W。

a)

b)

【例1.2.2】计算图1.2.6所示各电路的电功率。设图1.2.6a中,(1)1=1A,U=2V:(2)1=1A,U=

图1.2.6例1.2.2图

6

电工电子技术

-2V。设图1.2.6b中,(1)I=-2A,U=3V;(2)I=-2A,U=-3V。解在图1.2.6a中,I和U为关联参考方向。

(1)元件吸收的电功率为

P=Ul=2×1W=2W

计算结果为正值,表明该元件吸收了2W电功率。

(2)元件吸收的电功率为

P=UI=(-2)×1W=-2W

计算结果为负值,表明该元件向外提供2W电功率。

在图1.2.6b中,电压和电流为非关联参考方向,U与1的乘积表示该元件提供的电功率。

(1)元件提供的电功率为

P=UⅡ=3×(-2)W=-6W

计算结果为负值,表明该元件吸收了6W电功率。

(2)元件提供的电功率为

P=U1=(-3)×(-2)W=6W

计算结果为正值,表明该元件向外提供6W电功率。

1.3电路元件

电路元件是构成电路的基本单元。元件按一定方式相互连接而组成电路,这种连接是通过元件端子来实现的。元件就其端子的数目而言,可分为二端元件和多端元件。具有两个以上端子的元件称为三端、四端、…、n端元件,统称为多端元件。

元件的主要电磁特性通过端子间的有关变量来描述,不同变量间的特定关系反映了不同元件的性质。元件的这种关系可用一条曲线、一个或一组方程来表示,该曲线称为元件的特性曲线,该方程或方程组称为元件的定义(或特性)方程或方程组。通常,在电路分析中,用元件端电压与电流的关系(Voltage Current Relation,VCR)来表征元件的特性。VCR方程也称为元件的特性方程或元件的约束方程。

集总(参数)元件假定:在任何时刻,流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另

一端子流出的电流,且两个端子之间的电压为单值量。由集总元件构成的电路称为集总电路,或称为具有集总参数的电路。

电路元件还可以分为线性元件和非线性元件、时变元件和时不变元件等。本章介绍的元件均是线性时不变元件。

1.3.1电阻元件

电阻是一种最常见的、用于反映电流热效应的二端电路元件。电阻元件可分为线性电阻和非线性电阻两类,如无特殊说明,本书所涉及的电阻元件均指线

R(G

性电阻元件。在实际交流电路中,白炽灯、电阻炉电烙铁等均可看成是线性电阻元件。图1.3.1a所示为线性电阻的符号,在电压、电流的关联参考方向

a

b)

下,其端子的伏安关系为

图1.3.1电阻的符号和特性

u Ri

(1.3.1)

式中,R为常数,用来表示电阻及其数值。

···试读结束···

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