电工电子技术第二学期教案.docx

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电工电子技术第二学期教案

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授课重点:

授课难点:

教学类型:

教具与挂图:

复习提问:

引入新课:

讲授新课(附后):

本课小结:

作业布置:

改进措施:

电机及控制电路

任务一测试变压器

我国发电厂发电机组的输出电压一般为3.15~26kV,高压输电电压等级为35~500kV,高压配电电压等级为6~10kV,而一般低压用电设备的额定电压有380V、220V,安全电压有36V和12V等几种。

不同电压等级线路之间的电压变换需依靠专用电气设备来完成,这种设备就是变压器。

1、变压器的基本作用

可将某一幅值的交流电压变换成同频率的另一幅值的交流电压。

2、变压器的结构

主要由铁芯和线圈组成,其结构和符号如图JP108-图3-1-3所示。

变压器铁芯的作用是构成磁路。

为了减小铁芯内的涡流和磁滞损耗,铁芯用硅钢片叠成,厚为0.35~0.5mm,两面涂以绝缘漆;铁芯的结构一般分为芯式和壳式两种。

变压器线圈是变压器的电路部分。

小容量变压器的线圈多用高强度漆包线绕制。

变压器一般有两组线圈,接电源的线圈称为一次绕组,接负载的线圈称为二次绕组。

3、变压器的工作原理:

1.JP109-图3-1-4所示为变压器空载运行原理图。

空载运行是指一次绕组加上额定电压、二次绕组开路的状态。

在理想状态下,变压器的电压变换关系为

表明变压器一次、二次绕组的端电压之比等于这两个绕组的匝数之比,比值k称为电压比。

2.当二次绕组接入负载时,称为变压器有载运行。

JP109-图3-1-5所示为变压器有载运行原理图。

在理想状态下,变压器的电流变换关系为

表明变压器工作时,一次绕组和二次绕组中的电流跟它们的匝数成反比。

认识三相异步电动机

许多金属切削机床、鼓风机、冶炼设备、轧制设备和农业机械,都广泛采用三相异步电动机进行拖动。

活动1认识三相异步电动机的起动、运行和反转

1、起动、运行与反转

1.起动过程:

电动机从接通电源至正常运转的过程。

2.直接起动:

将电动机直接接到额定电压、额定频率的电源上起动。

3.减压起动:

电动机起动时降低加在电动机定子绕组上的电压,待起动结束时再恢复到额定电压运行。

常用的减压起动方法有定子绕组串电阻减压起动、自耦变压器减压起动、星-三角减压起动。

4.电机正常运行应符合铭牌上规定的额定电压、额定频率、接法等要求。

5.三相异步电动机起动电流很大,一般额定电流的4~7倍。

所以直接起动的异步电动机要受到供电变压器容量的限制,一般要求起动时线路电压降不应超过线路额定电压的5%。

在供电变压器容量允许的前提下,一般10kW以下的异步电动机可以直接起动,否则应采用减压起动。

6.将电动机3根电源线中的任意两根对调,即改变了接入电动机三相交流电的相序,便可实现电动机的反转。

二、三相异步电动机的铭牌

每台电动机出厂时,在它的外壳上都有一块铭牌如JP115图3-2-5所示,上面标有电动机的型号、规格和有关技术数据,以便帮助用户正确的选择和使用电动机。

1.型号。

三相异步电动机的型号含义如下:

Y系列指国产异步电动机,在规格代号中,机座分短、中、长3种,

分别用S、M、L表示。

2.额定功率PN(4.0kW)。

电动机的额定功率也称额定容量,表示电动机在额定工作状况下运行时轴上输出的机械功率,单位为W或kW。

3.额定电压UN(380V)。

表示电动机定子绕组应施加的线电压,单位为V。

4.额定电流IN(8.8A)。

表示电动机额定运行时定子绕组的线电流,

单位为A。

5.额定转速nN(1440r/min)。

表示电动机额定运行时转子的转速,单位为r/min。

6.防护方式(IP44)。

表示电动机外壳防护的方式为封闭式电动机。

7.频率f(50Hz)。

表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。

8.工作制。

S1表示电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行;S2为短时运行;S3为短时重复运行。

9.绝缘等级(B级绝缘)。

表示电动机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。

绝缘材料按耐热性能可分为Y、A、E、B、F、H、C等7个等级,如JP116表3-2-2所示。

目前,国产Y系列电动机一般采用B级绝缘。

此外,铭牌上标注的“LW82dB”表示电动机的噪声等级。

活动2三相交流异步电动机的结构、原理与计算

电动机是根据电磁感应原理吧电能转换为机械能并输出机械转矩的原动机。

可分为交流电动机和直流电动机两大类。

由于三相交流异步电动机结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用和维修方便,在工农业生产中得到广泛的应用。

1、三相异步电动机的基本结构

电动机有两个基本部分组成:

钉子和转子

1.定子。

定子是电动机的固定部分,用来产生旋转磁场。

定子主要由定子铁芯、定子绕组和机座3部分构成。

(1)定子铁芯是电动机磁路的一部分,一般由表面涂油绝缘漆的硅钢片叠压而成,其内圆周均匀分布一定数量的槽孔,用以钳置三相定子绕组,并增强磁场。

每相绕组分布在几个槽内,整个绕组和铁芯固定在机壳上。

定子绕组是异步电动机电路的一部分,由三相对称绕组组成。

三相对称绕组在空间依次钱放在线槽内,互成120°电角度。

绕组与铁芯之间垫放绝缘纸,使它们之间具有良好的绝缘。

2.转子。

转子是电动机的转动部分,它的功能就是带动其他机械设备旋转做功。

转子主要由转子铁芯、转子绕组和转轴3部分组成。

转子铁芯由表面涂绝缘漆的硅钢片叠加而成的圆柱体,其外圆周冲有槽孔,以便钳置转子绕组,铁芯也是电动机磁路的一部分。

转子绕组根据构造分成两种形式:

笼型和绕线型。

笼型转子是在转子铁芯槽内压进铜条,铜条两端分别焊在两个铜环(端环)上。

由于转子绕组的形状像一个笼子,故称其为笼型转子。

导体和端环还可以用熔化的铝液整体浇铸出来。

绕线转子异步电动机的铁芯与笼型异步电动机相同,不同的是在转子的铁芯槽内钳置对称三相绕组并作星形连结。

三相绕组的末端接在一起,首端通过滑环和电刷与外加变阻器接通,调节变阻器能获得较好的起动与调速性能。

转轴的作用是支撑转子,传递转矩,并保证定子与转子之间各处有均匀的空间。

3.其他附件。

电动机除定子、转子、机座外还有端盖、轴承、轴承盖、外风扇和接线盒等各种附件。

二、三相异步电动机的旋转磁场

如图3-2-10所示,将电动机的三相定子绕组中通入对称三相交流电,此时在空间中就会形成一个旋转的磁场,可用一对等效旋转磁极来表示,如图3-2-11所示。

对两级旋转磁场来说,当交流电变化一个周期时,磁场在空间旋转一圈。

当电源频率为f1时,磁场的转速n1=f1r/s。

通常旋转磁场的转速都折合成r/min,这样两极旋转磁场的转速就为

n1=60f1=3000r/min

对4极(即磁极对数P=2)旋转磁场来说,交流电变化一个周期,磁场只转180°(半圈)。

这样4极旋转磁场的转速就为n1=

=1500r/min

按类似方法,可推出具有P对磁极的旋转磁场转速为

n1=

,式中

n1--旋转磁场转速,又称为同步转速,单位为r/min;

f1----电源频率,单位为Hz;

P----磁极对数。

由上式可知,旋转磁场的转速n1取决于电源频率f1和电动机的磁极对数p。

我国电源频率为50Hz,不同磁极对数电动机的同步转速如表3-2-3所示。

旋转磁场转向与通入电动机定子绕组的电流相序相关。

若要使旋转磁场反转,只需要把3根电源线中的任意两根对调,即改变通入电动机定子绕组的三相电流相序,便可实现反转。

 

3、三相交流异步电动机的转动原理及转差率

1.转动原理。

当电动机的定子绕组通入三相交流电后,定子绕组中便形成了旋转磁场。

根据电磁感应原理,转子导体在电磁力的作用下将产生一个与旋转磁场同方向的电磁转矩,使转子跟着旋转磁场的方向转动起来。

如JP120图3-2-12所示,但转子的转速n2永远低于磁场的转速n1。

由此可见,转子总是顺着旋转磁场方向以小于同步转速n1的速度而旋转,所以把这类交流电动机称为异步电动机。

又因为这种电动机的转子电流是有电磁感应产生的,所以又称为感应电动机。

2.转差率。

通常把同步转速n1和转子转速n2的差值与同步转速n1之比称为异步电动机的转差率,用s表示。

转差率s是描绘异步电动机运行情况的重要参数。

电动机在启动瞬间,n2=0,S=1,转差率最大;空载运行时,n2接近同步转速,转差率s最小。

可见,转差率s是描述转子转速与旋转磁场转速差异程度的,即电动机的异步程度。

 

三相异步电动机单向点动控制

电动机点动控制电路常用于电动葫芦等设备的电气控制。

1.组合开关(外形如图3-3-3所示)。

用途:

组合开关是一种控制电器,一般在电气设备中作不频繁地接通和分断小电流的电路,例如,直接起动冷却泵电动机。

型号:

HZ10-25/3(额定电流25A,额定电压380V,3级)

符号:

如图3-3-4所示。

结构、原理:

组合开关主要由静触头、动触头和绝缘手柄组成,静触头一端固定在绝缘板上,另一端伸出盒外,并附有接线柱。

动触头装在另外的绝缘板上,垫板套装在附有绝缘手柄的绝缘杆上,手柄能沿顺时针或逆时针方向转动,带动动触头与静触头接通或断开。

2.螺旋式熔断器(外形如图3-3-5所示)。

用途:

熔断器是一种保护电器,主要用于短路保护。

在电热、照明等电路中也可起过载保护作用。

型号:

RL1-60/30(熔断器额定电流60A,熔体额定电流30A)

符号:

如图3-3-6所示。

结构、原理:

螺旋式熔断器由瓷帽、底座、熔体管组成。

当过大的短路电流流过熔体管内由易熔合金制成的熔体时,熔体因过热而迅速熔断来断开主电路,达到保护电路和电气设备的目的。

因熔体管的一端有熔断指示器,当熔体熔断时指示色片被弹簧弹出,从瓷帽的玻璃窗口可以看到,便于检修。

3.交流接触器(其外形如图3-3-7所示)。

用途与特点:

接触器是一种电磁开关,在电气自动化系统中,可以频繁的接通和分断交直流电路。

接触器控制容量大,能远距离操作,具有欠电压保护作用,还能实现连锁控制。

型号:

CJ20-20(额定电压380V,额定电流20A),另外还有CJ40、CJ12、B系列等产品。

符号:

如图3-3-8所示。

结构、原理:

交流接触器主要由电磁系统、触类系统、灭弧装置等组成。

电磁系统中的静铁芯一般是固定不动的,动铁芯在接触器线圈通电时,在电磁吸引力作用下向静铁芯移动;线圈断电时,在复位弹簧作用下恢复到原来位置。

接触器的动触头与动铁芯直接相连,当动铁芯移动时,拖动动触头做相应的移动。

使用时应注意接触器线圈所加电源电压必须与线圈额定电压一致。

4.按钮(外形如图3-3-9所示)。

用途:

按钮是一种最简单的主令电器。

例如,按钮与接触器的吸引线圈相配合,便可在远距离控制电动机。

型号:

LA4-3H500V5A(保护式、按钮数3)

符号:

如图3-3-10所示。

机构、原理:

按钮主要由桥式双断点的动触点和静触点及按钮帽和复位弹簧组成。

当用手按下按钮帽时,动触点向下移动,上面的动断触点先断开,下面的动合触点后闭合。

当松开按钮帽时,在复位弹簧的作用下,动触点自动复位,使得动合触点先断开,动断触点后闭合。

在控制电路常用到接线端子板,其外形如图3-3-11所示。

用途:

JX2系列接线端子板适用于额定电压380V、额定电流100A及以下的电力和控制电路中,作线端连接之用。

步骤一:

绘制电气原理图,如图3-3-12所示。

①同一电器的各元件不按实际位置画在一起,而是根据其在线路中所起的作用分别画在不同部位。

②主电路中刀开关(或组合开关)QS起隔离电源作用;熔断器FU1对主电路起短路保护作用;接触器KM的主触头控制电动机M的起动、运行和停车。

③控制电路中用熔断器FU2作短路保护;点动按钮SB控制接触器KM电磁线圈的通断,接触器的电磁机构还具有欠电压保护作用。

④点动控制电路一般不设过载保护环节。

步骤二、绘制安装接线图,如图3-3-13所示。

①各电器元件按实际安装位置绘出。

②每个电器元件的所有部件画在一起,并用虚线框起来,作好端子标号。

步骤三:

检查电器元件(用万用表欧姆档检测)。

①FU:

熔断器应导通良好。

②QS、SB:

动、静触头应动作灵活、通断正常。

③KM:

触头应动作灵活、通断正常(按压其触头架);

线圈应导通良好(用万用表测直流电阻应有一定阻值)。

步骤四:

接线。

①接线工艺:

导线校直剥绝缘皮、成型套线号管走线时尽量避免导线交叉,水平走线时尽量靠近地板

相邻导线并排成一束接到端子板上。

②接线顺序。

主电路:

控制电路:

③导线选择。

主电路:

使用截面积为2.5mm2的绝缘铜导线(根据负荷电流大小选用相应截面积的铜导线)。

端子板与电动机的连接采用护套线,做好电动机外壳的保护接线。

控制电路:

使用截面积为1.5mm2的绝缘铜导线。

步骤五:

检查线路。

①眼看:

核对线号,防止错接、漏接。

②手动:

检查端子接线的紧固情况,排除故障点。

③用万用表检测。

主电路:

图3-3-14所示为L11~L21间的检查框图。

L21~L31和L11~L31之间的检查与此相同。

控制电路:

L22~L32之间的检查框图如图3-3-15所示。

步骤六:

通电试车。

检查三相电源电压合上QS按下按钮SBM起动、运转松开按钮SBM停车

给定元件明细表,如表3-3-1所示。

 

三相异步电动机单向运转控制

电动机单向运转控制电路常用于小型通风机、水泵以及带运输机等机械设备的电气控制。

热继电器(外形如图3-4-3所示)。

用途:

热继电器是一种保护电器,主要用于三相异步电动机的过载保护。

型号:

JR16-20/3D(额定电流20A,3极,带断相保护)。

符号:

如图3-4-4所示。

结构、原理:

热继电器由双金属片、热元件、触点系统及推杆、拨杆、弹簧、整定值调节旋钮、复位按钮等组成。

使用时,热元件与被保护电动机串联,动断触点串联在交流接触器的控制回路中。

电动机正常工作是,触点不动作;当电动机过载时,其电流大于额定值,热元件发出更多的热量,双金属片弯曲,推动推杆、拨杆,是动断触点动作,导致交流接触器线圈断点,接触器主触点释放,切断电动机电源,起到保护作用。

复位:

热继电器触点动作后,其触点的复位方式有自动复位和手动复位:

当处于自动复位是,热继电器可在5min内复位;当调节为手动复位时,则在2min后,按复位键能使热继电器复位。

选用和整定:

热继电器的额定电流应不小于热元件的额定电流,热元件的额定电流应大于电动机的额定电流,热继电器的整定值应等于被保护电动机的额定电流。

单向运转控制电路的电气原理图如图3-4-5所示。

①在控制电路中,启动按钮SB2上应并联接触器KM的一对动合辅助触头,称为“自锁”触头。

自锁后SB2即失去控制作用。

②动断按钮SB1(与SB2串联)起停车控制作用。

③热继电器FR起过载保护作用。

FR的动断触点串联在KM的电磁线圈回路上。

电器元件明细表,如表3-4-1所示。

 

三相异步电动机正反转控制

低压短路器(外形如图3-5-2所示)。

用途:

低压断路器是一种即可以接通、分段电路,又能对电路进行自动保护的电器。

当被保护电路中发生短路、过载、欠电压等故障时,能自动切断电路。

型号:

如图3-5-3所示。

结构、原理:

低压短路器主要由触头、脱扣机构等组成,如图3-5-4所示,低压断路器利用手柄装置使主触头处于“合”与“分”状态。

正常工作时,手柄处于“合”位置,此时触头连杆被搭钩锁住,触头保护闭合状态;扳动手柄置于“分”位置时,主触头处于断开状态。

低压断路器的“分”与“合”在机械上是互锁的。

当被保护电路发生短路或严重过载时,由于电流很大,过流脱扣器打的衔铁被吸合,通过杠杆将搭钩顶开,主触头迅速切断短路或严重过载的电路。

当被保护电路发生过载时,通过发热元件的电流增大,产生的热量使双金属片弯曲变形,推动杠杆顶开搭钩,主触头断开,切断过载电路。

过载越严重主触头断开时间越短,但由于热惯性,主触头不能瞬动。

当被保护电路失电压或电压过低时,欠电压脱扣器中衔铁因吸力不足而将被释放,经过杠杆将搭钩顶开,主触头被断开;当电源恢复时,必须重新合闸后才能工作,实现了欠电压保护。

电动机正反转控制电路原理图如图3-5-5所示

1.电动机正反转控制电路具体实现方法如下:

①主电路中使用两个交流接触器KM1和KM2来改变电动机的电源相序,实现正、反转控制。

②因两个接触器不能同时得电动作,故每只接触器除使用一对动合触头进行“互锁”,防止电源短路。

③利用两个按钮SB2、SB3进行正、反转控制。

2.电动机正反转控制过程。

①正转操作过程如图3-5-6所示。

②停止操作过程如图3-5-7所示。

③反转操作过程如图3-5-8所示。

 

安全用电

一、人体常见的触电方式如图3-6-1所示。

触电是指人体因触及带电体而承受过高电压,引起死亡或局部伤害的现象发生。

1.单相触电。

人体直接接触带电设备或线路的一相导体,电流通过人体而发生的触电现象,如图3-6-1a所示。

2.两相触电。

人体同时触及带电设备或线路中的两相导体而发生的触电现象。

如图3-6-1b所示。

3.跨步电压触电。

高压线路或设备发生接地故障时,附近地面上形成分布电位,当人体再接地点周围行走时,两脚之间有一定的电压,就会发生跨步电压触电。

如图3-6-1c所示。

2、电流对人体的危害

3、安全电流和安全电压

4、安全用电常识

5、使触电者脱离低压电源的方法

6、触电急救方法。

有效的急救在于快而得法,即用最快的速度,施以正确的方法进行现场救护。

①人工呼吸法②胸外心脏挤压法

电子技术基础

任务一组装、测试直流稳压电源

直流稳压电源是一种当电网电压波动或负载变化时,能保持输出直流电压基本不变的电源电路。

直流稳压电源的整体框图如图4-1-2所示。

整流电路:

将工频交流电转变为脉动直流电。

滤波电路:

将脉动直流电中的交流成分减少,获得平滑直流电。

稳压电路:

当电网电压波动或负载发生变化时,使输出的直流电压稳定。

活动一晶体二极管

1、类型

二极管是晶体二极管的简称。

它由半导体材料构成,是电子产品中最常见的电子器件之一。

常用二极管外形如图4-1-4所示。

有整流二极管、发光二极管、光敏二极管等。

2、二极管的符号与检测

1.符号:

二极管的符号如图4-1-5所示。

2.目测判别极性。

可以根据二极管的外形来识别它的极性,如图4-1-6所示。

3.用万用表检测二极管。

在实际应用中,常使用万用表的欧姆档检测二极管的极性和质量好坏。

R×1k或R×100档进行测量。

检测方法如图4-1-7所示。

注意:

测量时手不要同时接触二极管的两个引脚。

指针式万用表的“-”端为内电源的正极,“+”端为内电源的负极。

检测二极管的原理是根据二极管的单向导电性,即正向(万用表的“-”端与二极管正极相连)电阻小,反向(万用表的“+”端与二极管负极相连)电阻大。

根据正反向电阻的大小来检测出二极管的极性和质量好坏。

正向电阻一般为几百欧~几千欧,反向电阻一般为几百千欧以上。

①正向电阻很小,反向电阻很大,说明二极管的质量良好。

②若正反向电阻相差不大,为劣质二极管。

③正反向电阻都是无穷大或零,则二极管内部断路或断路。

3、二极管的特性

二极管在外接电源时,不同的接法会有导通、截止两种状态,我们把这种特性称为二极管的单向导电特性。

即加正向电压导通,加反相电压截止的导电特性。

二极管的电压与电流的关系曲线如图4-1-8所示。

1.正向特性:

给二极管加正向电压,即电源的正极与二极管的正极相连,电源的负极与二极管的负极相连。

当正向电压超过死区电压后二极管导通,硅二极管的正向导通电压降约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~0.3V。

2.反向特性:

给二极管加反向电压,即电源的正极与二极管的负极相连,电源的负极与二极管的正极相连。

若反向电压不超过击穿电压时二极管反向截止,二极管中几乎没有电流流过。

当反向电压达到击穿电压后二极管将被反向击穿。

4、二极管的主要参数

1.最大整流电流IFM。

通常称额定工作电流,是指二极管长期工作时,允许通过二极管的最大正向平均电流。

当实际电流超过改制时,二极管会因过热而损坏。

2.最高反向工作电压URM。

指保证二极管不被击穿所允许施加的最大反向电压。

实际使用中二极管反向电压不应超过此电压值,否则会发生反向击穿。

 

活动二半波整流电路

利用二极管的单向导电特性可实现单相整流和三相整流。

单相整流电路多用于小容量整流装置中;三相整流电路在大容量整流装置中较为常见。

1.在正弦交流电一个周期内,二极管只是正半周导通,负载上得到的是正弦波的一半,因此称为半波整流。

图4-1-12所示电路为单相半波整流电路。

2.负载RL上获得的半波脉动直流电压平均值为

3.根据欧姆定律可求出流过负载和二极管的直流电流为

4.二极管承受的最大反向电压为

单相半波整流电路的优点:

电路简单,使用元件少。

缺点:

输出脉动很大,效率很低。

只能应用在对直流电的波形要求不高的场合,如蓄电池充电等。

 

活动3全波整流电路

1.全波整流电路的结构特点是:

由4只整流二极管组成4个桥臂。

该电路也称为单相桥式整流电路。

2.从u0的波形可知,在u2正、负半周负载上都有输出电压u0。

其工作过程为:

当u2正半周时二极管VD1、VD3导通,如图4-1-15a所示,在负载电阻上得到正弦波u2的正半周;当u2负半周时二极管VD2、VD4导通,如图4-1-15b所示,负载电阻上获得的电压波形与正半周时一样。

因此在整个周期内负载电阻上得到的是单一方向的脉动电压。

3.在上述全波整流电路中,交流电在一个周期内有两个半波电流以相同的方向通过负载,所以该整流电路输出直流电压比半波整流电路增加一倍。

计算公式为U0=0.9U2

根据欧姆定律可求出流过负载的电流为

流过每个二极管的平均电流为

每个二极管承受的最大反向电压为

 

活动4滤波电路

交流电经过整流转换为脉动直流电,但所输出电压、电流仍不平滑,期中包含有较大的交流成分,如果用于电子设备,将会产生严重的干扰。

为了得到平滑直流电,可通过滤波的方法解决。

1.把脉动直流变成平滑直流电的过程称为滤波。

其滤波作用的电路叫滤波电路(也叫滤波器)。

2.电容滤波电路是将电容C直接接在整流电路后面,利用电容C的充放电作用进行滤波。

经过滤波电路后,即可波流直流分量、又可滤掉一部分交流分量,减小了输出电压波形的脉动程度,改善了直流电压的质量。

3.加电容滤波后使负载两端电压的平均值升高,其估算式为

半波整流滤波电路U0=U2

全波整流滤波电路U0=1.2U2

4.加电容滤波后每只二极管承受的最大反向电压为

半波整流滤波电路UDM=2

U2

全波整流滤波电路UDM=

U2

5.电容滤波电路只适用于负载电流较小的场合。

滤波电容一般采用电解电容,使用时电容器的极性不能接反;电容器的耐压通常取(1.5~2)U2;一般电容器的容量较大时,滤波效果好。

拓展资料:

1.电感滤波

①电感滤波电路

②滤波原理

③滤波特点

2.复式滤波电路

活动5稳压

交流电压经过整流、滤波已经变换成比较平滑的直流电,但还不够稳定,它会随电网电压波动或负载的变化而变化。

在小功率的稳压电源中,广泛采用三端集成稳压器。

分为固定式和可调式两种。

 

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