第二章 第二节 电工基础.pptx

1、,跳转到第一页,低压电工,作业全国安全生产教育培训教材编审委员会 组织编写制作黄邓平,一、磁的基本概念1.磁场磁场是一种看不见模不着，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。磁场存在表现为：使进行磁场域内的磁针、磁体发生偏转或取向；对场域内的 运动电荷施加作用力，即电流在磁场中受到力的作用。磁场对通电导体的作用力叫磁场力，简称磁力，用F表示。磁场越强，磁力就越大。磁感应强度是表示磁场内某点磁场强 弱和方向的物理量，用B表示，定义为磁场对导体的作用力F与 导体中通过的电流I和导体长度L的乘积之比，即B FLI在国际单位制中，B的单位为Wb/m2(韦伯)，或称为特斯拉(T

2、)，B的方向与产生磁场的电流之间满足右手螺旋定则。若磁场内 各点的磁感应强度都相等，则我们称该磁场为均匀磁场。F为磁场作用力，单位为N（牛顿）；L为通电导体长度，单跳转位到第为一页m(米,第三节磁与磁路感应,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线方向都跟这一点的磁场方向相同（且磁感线互不 交叉），这些曲线叫做磁力线。磁力线是闭合曲线。磁铁周围 的磁力线是从N极出来进入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。,跳转到第一页,3.磁导率是表征磁介质磁性的物理量，常用符中与表示，又称为绝 对磁导率。,跳转到第一页,=B/H,顺磁性材料，如白金、空气等；反磁性材料，如银、

3、铜、水 等。,4.磁通磁通是磁感应强度的简称，是指穿过单位截面S的磁力线根数，用 表示。在均匀磁场中，各点磁感应强度大小相等，方向 相同。当所取截面与磁力线方向垂直时，有,S,B,BS或,B也可理解为单位截面上的磁通，称为磁通密度，简称磁密。,(c),跳转到第一页,(b)几种常见电气设备的磁路变压器；(b)电磁铁；(c)磁电式电表,二、磁路和磁性材料1.磁路,磁通的闭合回路称为磁路。电动机、变压器、各种电磁铁都带 有不同类型的磁路。,跳转到第一页,图中N表示载流线圈的匝数，i表示导线通过的电流，N和I 的乘积称为磁动势。磁通在磁路中会遇到阻力，称为磁阻，,用Rm表示：,NIRm,R,m,m S

4、,l,Rm NI/,在磁路中，当磁阻大小不变时，磁通与磁动势成正比，,或,可以类比于电路的欧姆定律，称为磁路欧姆定律，又称霍普,金森定律。,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 征是磁导性很高，载流线圈在材料中能产生很强的磁场，如铁、硅钢片、铁镍合金等。磁性材料大致可以分为三类：软磁、硬磁、矩磁材料。矩磁 材料可以做记忆元件。弱磁性物质，如水、金、银、铜、汞、铅、空气、铝、铂等，它们在外磁场作用下基本上对外不呈现磁性，故又叫非磁性 物质。若用这类材料作为磁场的介质，则磁通 与产生磁通的电 流I成正比，即 与I之

5、间或B与H之间有线性关系，它们的磁导率 也与真空的磁导率0非常接近。强磁材料如铸钢、硅钢片、铁、钴、镍和其合金以及铁氧体 等，它们在外磁场作用下会引起强烈的磁性反应，大大增强了原 来的磁场。,跳转到第一页,三、电磁感应,跳转到第一页,1.法拉弟电磁感应定律当载流线圈内的磁通发生变化时，线圈内将会产生感应电 动势；如果线圈形成闭合回路，还会产生感应电流；感应电动势 e的大小与磁通的变化速度|/t|和载流线圈匝数N成正比。,e N d,dt感生电流产生的磁场总是阻碍原磁的变化。也就是说，当线 圈中的磁通要增加时，感生电流就要产生一个磁场去阻碍原磁通 增加；当线圈中的磁通要减少时，感生电流所生产的磁

6、场将阻碍 原磁通减少。（楞次定律）,跳转到第一页,2.自感与互感现象1）、自感,当通过导体中的电流发生变化时，它周围磁场就随着弯化，并由此产生磁通量的变化，因而在导体中就产生感应电动势，这 个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，此电动势即自感电动 势。这种现象就叫做自感现象。利用线圈具有阻碍电流变化的特性，可以稳定电路的电流，它和电容器的组合可以构成谐振电路或滤波器。自感现象有时非 常有害，大自感线圈的电路断开时，因电流变化很快，会产生很 大的自感电动势，导致线圈的绝缘击穿，或在电闸断开的间隙产 生强烈的电弧等。2）、互感如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生 的磁通有一部分与第

7、二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变 化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈 中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。利用互感现象，可以制成变压器、感应线圈等。自感现象有,时也有害，会干扰自感构成的谐振、滤波等。,两个线圈的互感,由于i1的变化，使得 21也在变化，从而在线圈中产生了 感应电压，此电压称为互感电压。同理，线圈中的电流i2变化，也会在线圈中产生互感电压。这种由一个线圈中电流变化在 另一个线圈中产生感应电压的现象叫做互感现象。当线圈周围空间是非铁磁性物质时，互感磁链与产生它的电 流成正比。21是由线圈中的电流i1产生的，21是i1的函数，21与i1成正比。选择电

8、流的参考方向与它产生的磁通的参考方向符合右手螺旋法则时，可得 21M21i1，其中比例系数M21称为线圈对线圈的互感系数，简称互感。跳转到第一页,跳转到第一页,3.左手定则和右手螺旋定则1）左手定则,载流导体在磁场中将会受到磁场力的作用。力是有大小和方 向的。力的大小与磁感应强度、通过导体的电流、导体长度成正 比。载流导体受到作用力的方向可由左手定则判断，方法是左手平展，大拇指与其余四指垂直，磁力线垂直穿入手心，手心面向N极，四指指向电流方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。2）右手螺旋定则即安培定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向之间 的关系的定则，分为两条：定则一（通电直导线中的安

9、培定则）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环 绕方向。定则二（通电螺丝管中的安培定则）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通,电螺线管的N极。,跳转到第一页,为电子，少数载流子为空穴。,半导体：半导体的能力介于导体和绝缘体之间。本征半导体：不加杂质的纯净半导体晶体。如本征硅或本征锗。本征半导体电导率低，为提高导电性能，需掺杂，形成杂质半导体。杂质半导体：为了提高半导体的导电性能，在本征 半导体(4价)中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体。根据掺杂的物质不同，可分两种：P型半导体：本征硅(或锗)中掺入少量硼元素(3 价)所

10、形成的半导体，如P型硅。多数载流子为空穴，少数 载流子为电子。N型半导体：在本征硅(或锗)中掺入少量磷元素(5价)所形成的半导体，如 N型硅。其中，多数载流子,第四节 电子技术基础 一、半导体的基本知识,将 P型半导体和 N型半导体使用特殊工艺连在一 起，形成PN结。4PN结：N型和 P型半导体之间的特殊薄层称为 PN结。PN结是各种半导体器件的核心。如图所示。,跳转到第一页,晶体二极管之所以具有单向导 电性，其原因是内部具有一个PN,结。其正、负极对应于 PN结的 P 型和 N型半导体。,PN结具有单向导电特性。即：P 区接电源正极，N 区接电源负极，PN 结导通；反之，PN 结 截止。,P

11、N结,VD,二、晶体二极管,跳转到第一页,二极管外型特征和电路图形符号,VD,发光二极管,大功率平板二极管,大功率整流二极管,光跳敏转到二第一极页,管,整流桥,数码管,整流二极管,跳转到第一页,晶体二极管的单向导电特性,(1)外形：由密封的管体和两条正、负电极引线所组 成。管体外壳的标记通常表示正极。,(2)符号：三角形 正极（阳极）A,VD,竖杠 负极（阴极）K VD 二极管的文字符号正极电位 负极 电位，二极管导通；正极电位 负极 电位，二极管截止。即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为,二极管的单向导电性。,跳转到第一页,=0.2 V(Ge),0.5 V(Si),0.3 V(Ge)

12、,=0.7 V(Si),on,导通后 V两端电压基本恒定：导通电压 V,FTF,V V时，V导通，I急剧增大。,正向电压 V小于门坎电压,T,V时，二极管 V截止,，正向电流 I,F,F=0；0；,(1)正向特性,其中，门坎电压 VT,结论：正偏时电阻小，具有非线性。(2)反向特性,RRMR,反向电压VV(反向击穿电压)时，反向电流I 很小,，且近似为常数，称为反向饱和电流。VR VRM时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。对应 的电压 VRM 称为反向击穿电压。,结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。,主要参数,跳转到第一页,R,反向漏电流 I：规定的反向电压和环境温度下,，二极管反向电流值。反向

13、电流超大，二极管的单向导电 性能越差。,U：二极管允许承受的反向RM,最高反向工作电压 工作电压峰值。,FM,I：二极管允许通过的最大正向,最大整流电流 工作电流平均值。,二极管的简单测试,跳转到第一页,1k挡挡；可以使用,1判别正负极性万用表测试条件：R100或 R其它的档位吗？,如果使用R 1档，万用表中的测量电流会很大，容 易因电流过大而烧坏二极管；使用R 10 k 挡，万用表 中的测量电压会很高，容易击穿二极管。将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。注意：手不能 同时接触两个引脚。,判别好坏万用表测试条件：R1k。若正反向电阻均为零，二极管

14、短路；若正反向电阻非常大，二极管开路。(3)若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大（一般要求大于500K 以上），二极管正常。,跳转到第一页,三、晶体三极管,跳转到第一页,跳转到第一页,晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的 电流控制型器件。特点：管内有两种载流子参与导电。三极管的结构、分类和符号三极管的基本结构特点：有三 个电极，故称三 极管。,跳转到第一页,三极管的结构,跳转到第一页,特点：有三个区 发射区、基区、集电区；两个 PN结 发射结(BE结)、集电结(BC结)；三个电极 发射极 e(E)、基极 b(B)和集电极c(C)；两种类型 PNP型管和 NPN型管。工艺要求：发射区掺杂浓

15、度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。,晶体三极管的符号箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：V,跳转到第一页,三极管的工作电压和基本连接方式,跳转到第一页,一、晶体三极管的工作电压三极管的基本作用是控制及电流放大作用。三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。,三极管电源的接法,跳转到第一页,GB为基极 电源，又 称偏置电 源,Rb为基极,电阻,V为三极Rc管c管为集G 为集电C电极电 极电源阻。,晶体三极管在电路中的基本连接方式,跳转到第一页,有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极 接法。最常用的是共发射极接法。,输出特性

16、曲线可分为三个工作区:1截止区条件：发射结反偏或两端电压为零。特点：,跳转到第一页,B,IB=0,，IC=ICEO。CCEO2饱和区,CECES,条件：发射结和集电结均为正偏。特点：VCE=VCES。,VCES 称为饱和管压降，小功率硅管约 0.3 V，锗管约为0.1 V。3放大区条件：发射结正偏，集电结反偏。,CB,特点：I受 I控制，即 I=bI,CB,BC,在放大状态，当 I一定时，I不随,CE,V变化，即放,大状态的三极管具有恒流特性。,三极管主要参数,跳转到第一页,三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数 据。一、共发射极电流放大系数直流放大系数 b交流放大系数 b电流放大系数

17、一般在 10 100 之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般取 30 80 为 宜。,极间反向饱和电流,跳转到第一页,1集电极 基极反向饱和电流 I,CBO,2集电极 发射极反向饱和电流 I,CEO,ICEO,CEOCBO,=(1b+)ICBO,反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作状态 不稳定的主要因素。因此，常把它作为判断管子性能的 重要依据。硅管反向饱和电流远小于锗管，在温度变化 范围大的工作环境应选用硅管。,极限参数,跳转到第一页,1集电极最大允许电流I,CM,CM,I时，管子性,三极管工作时，当集电极电流超过 能将显著下降，并有可能烧坏管子。,2集电极最大允许耗散功率

18、 P,CM,当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。,3集电极 发射极间反向击穿电压 V,(BR)CEO,管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许 电压。当电压越过此值时，管子将发生电击穿，若电击 穿导致热击穿会损坏管子。,跳转到第一页,NPN管型和 PNP管型的判断,基极 b的判断,将万用表设置在 R 1 k 或 R 100 k 挡，用黑 表笔和任一管脚相接(假设它是基极 b)，红表笔分别和另 外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所 连接的就是基极，而且是 NPN 型的管子。如图(a)所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接 的是

19、PNP 管的基极。如图(b)所示。,估测 b的电路,跳转到第一页,e、b、c 三个管脚的判断如图所示，首先确定三极管的基极和管型，然后采用 估测 b 值的方法判断 c、e 极。方法是先假定一个待定电极为集电极(另一个假定为发 射极)接入电路，记下电阻表的摆动幅度，然后再把两个 待定电极对调一下接入电路，并记下电阻表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集 电极 c，红表笔所连接的 管脚为发射极 e。,测 PNP 管时，只要 把图示电路中红、黑表笔 对调位置，仍照上述方法 测试。,四、晶体管整流电路整流：把交流电变成脉动直流电的过程。二极管单相整流电路：把单相交流电变成脉动直流电 的

20、电路。整流原理：利用二极管的单向导电特性半波整流,跳转到第一页,双波整流,桥式整流,单相整流电路种类,单相半波整流电路,跳转到第一页,11电路,如图(a)所示,VD：整流二极管，把交流电变成脉动直流 电；T：电源变压器，把u1变成整流电路所需的 电压值u2。2,u2,u1,2.工作原理,跳转到第一页,2,设 u为正弦波，波形如前页图(b)所示。,2,(1)u正半周时，A 点电位高于 B 点电位，二极管,VD正偏导通，则 U,L2,u；,2,(2)u负半周时，A 点电位低于 B 点电位，二极管,L,VD反偏截止，则 U0。,由波形可见，u一周期内，负载只用单方向的半个,2波形，这种大小波动、方向

21、不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电,2L,u变成脉动直流电 U。由于电路仅利用,2,u的半个波形,，故称为半波整流电路。,3负载和整流二极管上的电压和电流,跳转到第一页,L,(1)负载电压 UL,L,R LR L,I,(2)负载电流 I,L,L,L,V,R,0.45 u 2,II,(3)二极管正向电流 I和负载电流 I,VL,(4)二极管反向峰值电压,RM,URM,U RM,2u2 1.41u2,UL=0.45 u2U L0.45 u 2,公式：1,公式：2,公式：3,公式：4,单相半波整流电路输出电压平均值,跳转到第一页,选管条件,跳转到第一页,二极

22、管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰 值电压；二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的 实际工作电流。电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。解决办法：全波整流。,跳转到第一页,例：单相半波整流后，要求UL=6V，而负载RL=50，请选择整流二极管。解：由公式1得u2=1/0.45*UL=1/0.45*6=13.3v由公式2得,LLL,IL=UL/RL=6/50=0.12A,Um=2u218.81V所以选择的整流二极管的最大反向工作电压和最大 整流电流为URM19V,IOM,0.12A,单相桥式整流电路,跳转到第一页,1电路如图,u1,u2,VD1 VD4为整流 二极管，电路为 桥式结构,2,

23、跳转到第一页,(2)u负半周时，如图(b)所示，A 点电位低于 B 点,4132,电位，则 VD2、VD4 导通(VD1、VD3 截止)，i自上而下流,L,过负载 R。,2工作原理,2,(1)u正半周时，如图(a)所示，A 点电位高于 B 点,电位，则 VD1、VD3导通(VD2、VD4截止)，i,3241,自上而下流,L,过负载 R；,由波形图可,见，u一周期内,2，两组整流二极管轮流导通产生,的单方向电流 i,1,2,L,和 i叠加形成 了 i。于是负载,得到全波脉动直,L,流电压 U。,桥式整流电路工作波形跳转到图第一页,跳转到第一页,3负载和整流二极管上的电压和电流,2,L,0.9u,

24、(1)负载电压 U,L U,L,2,L,L,L,0.9u,U R,I L,L,(2)负载电流 IL,R12,I L,I V,V,(3)二极管的平均电流 IV,2u2,URM,(4)二极管承受反向峰值电压,RM,URM,RM,优点：输出电压高，纹波小，URM较低，应用广泛。,跳转到第一页,4桥式稳流电路的简化画法,u1,u2,L,例有一直流负载，需要直流电压 UL=60 V，直流,L,电流 IL=4 A。若采用桥式整流电路，求电源变压器二次 电压,2,v2选择整流二极管。,解：因为,0.90.9,L,2,60 V 66.7 V,U,所以 u,流过二极管的平均电流,22,L,V,=,1I1 4 A=2 A,I,二极管承受的反向峰值电压,2u2 1.41 66.7 94 V,URM,查晶体管手册，可选用整流电流为 3 安培，额定反,100 V 的整流二极管,2CZ12A(3A/100V)4跳转到第一页,向工作电压为 只。,UL=0.9u2,