第二章 第二节 电工基础.pptx

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,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BFLI在国际单位制中，B的单位为Wb/m2（韦伯），或称为特斯拉（T），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、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,mS,l,RmNI/,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。

eNd,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。

PN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）KVD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,=0.2V（Ge）,0.5V（Si）,0.3V（Ge）,=0.7V（Si）,on,导通后V两端电压基本恒定：

导通电压V,FTF,VV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。

VRVRM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R1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R10k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0.3V，锗管约为0.1V。

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电流放大系数一般在10100之间。

太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。

一般取3080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R1k或R100k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,RLRL,I,

（2）负载电流I,L,L,L,V,R,0.45u2,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,URM,2u21.41u2,UL=0.45u2UL0.45u2,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,VD1VD4为整流二极管，电路为桥式结构,2,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,

（1）负载电压U,LU,L,2,L,L,L,0.9u,UR,IL,L,

（2）负载电流IL,R12,IL,IV,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=60V，直流,L,电流IL=4A。

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,2,60V66.7V,U,所以u,流过二极管的平均电流,22,L,V,=,1I14A=2A,I,二极管承受的反向峰值电压,2u21.4166.794V,URM,查晶体管手册，可选用整流电流为3安培，额定反,100V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,