《电工电子技术与技能》上电子教案.ppt

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1、电工电子技术与技能电子教案,主 编 范国伟,中等职业教育课程改革规划新教材（工科类专业通用）,电工电子技术与技能,第1章 实训室认识与安全用电 第2章 直流电路第3章 磁与电磁第4章 电容与电感第5章 单相正弦交流电路第6章 三相正弦交流电路第7章 用电技术第9章 常用电器,电工电子技术与技能,第10章 认识电子实训室和基本技能训练第11章 常用半导体器件第12章 整流、滤波及稳压电路第13章 放大电路和集成运算放大器第14章 数字电子技术基础第15章 组合逻辑电路和时序逻辑电路第16章 数字电路的典型应用,第1章 实训室认识与安全用电,11电工电子技术基础技能的重要性随着科学的不断发展和创新

2、，电工电子基础知识已渗透众多专业与领域，也已成为学生一项必须掌握的技能。所以实验课是本专业教学的重要环节，科学地进行实验过程是工程技术人员必备的技术素质。,12、电工实训室简介,电工实验室既可用于学生短期实验也可作为长期训练的场所，故应配备足够的实验、实训与考核设备。同时其面积、安全装置要符合安全规定，实验室还应备有实验室规则、日常制度和注意事项等。,121、电工实训室的电源配置,根据教学实验课题的需要，实验室的电源应满足教学实验与安全要求，首先实验设备所用的电源应有最基础的多种安全保护，如：短路保护、过载保护、欠压保护、漏电保护和接地保护等。交流电源的输入容量大于实验中的总负载。电源输入：三

3、相五线AC380V10%50Hz。固定交流电源：三相四线380V接插式与插座式，单项220V接插式与插座式。可调交流输出：0250V直流：110V 0220V可调稳压直流电流：030V,122、电工实训室操作规程及要求,严格遵守电工实训室的操作规程是做好实验、完成实训课题、确保人身和设备安全的必要保证。（1）实验前认真阅读讲义，明确实验（实训）的目的和任务，掌握实验中的方法和步骤；（2）熟悉实验设备及安全用电规则；（3）合理选择实验仪器仪表的类型和量程，了解其使用方法；（4）正确选用电源，严格遵守用电规程，严禁人体接触不绝缘的带电部位；（5）实验中应“先接线后通电，先断电再拆线”；（6）实验中

4、如有故障应立即断电，并请老师检查，故障排除后方可再做实验；（7）认真做好实验中的各项记录，完成实验报告；（8）实验结束后必须切断电源，并搞好环境卫生，填写设备使用记录。,13 电气火灾的防范及扑救常识,电气火灾不仅直接造成电气设备的毁坏和人身的伤亡，而且还可能造成大规模或长时间的停电，带来不可估量的间接损失，因此电气火灾对国民经济和人民生活的危害极大。,131、电气火灾的一般原因,1、电气火灾是由于电气原因导致的失控、较大范围的燃烧。引起火灾的原因是多种多样的，其产生的主要原因有以下四个方面。（1）线路短路、过载、接触不良；（2）电气设备散热不良、铁心发热；（3）电火花和电弧以及静电放电；（4

5、）电热和照明设备使用时不注意安全要求。,电气火灾的防范及扑救常识,电气火灾的防范主要是避免电气运行中产生火花、电弧和高温，电气设备的检查和管理是防止电气火灾发生的最有效的方法。电气火灾一旦发生，首先应先切断电源，然后再扑救。切断电源后的电气火灾，可按一般性火灾组织人员扑救，同时向公安消防部门报警；若情况十分危急或无断电条件，则只好带电灭火。带电灭火时应注意救火人员与带电体之间要保持足够的安全距离，并使用不导电灭火剂，如二氧化碳、四氯化碳、1211和干粉灭火剂。,14 安全用电常识,随着时代的变迁，社会的进步，人们的生活水平不断提高，家里的用电器也不断增加，但人们是否也会更懂得安全用电呢？相信也

6、不是每个人都会清楚地知道一些有关安全用电的知识。但是不懂得安全用电知识就容易造成触电身亡、电气火灾、电器损坏等意外事故，所以，“安全用电，性命攸关”。下面我们首先介绍触电事故的一般原因：,141、触电事故的一般原因,1、触电事故的一般原因不外乎有以下三种：（1）缺乏安全用电知识。例如：在高压线附近放风筝，爬上高压电杆掏鸟巢；低压架空线路断线后不停电用手去搭火线；黑夜带电接线手摸带电体；用手摸破损的胶盖刀闸等。（2）电气设备不符合安全规程。例如：设备不合格，安全距离不够；二线一地制接地电阻过大；接地线不合格或接地线断开；绝缘破坏导线裸露在外等。（3）没有普遍推行安全工作制度。例如：违反操作规程，

7、带电连接线路或电气设备而又未采取必要的安全措施；触及破损的设备或导线；误登带电设备；带电接照明灯具；带电修理电动工具；带电移动电气设备；用湿手拧灯泡等。,142、常见的触电方式,触电事故是人体触及带电体的事故，其实质是电流流过人体时，对人体产生的生理和病理的伤害。按照人体触及带电体的方式和电流通过人体的途径，触电可分为如下三种方式：1单相触电单相触电是指人体触及一相带电体所引起的触电事故，如图1-1(a)所示。单相触电的危险程度与电网运行方式有关。一般情况下，接地电网里的单相触电比不接地电网里的危险性要大。2两相触电两相触电是指人体同时触及二相带电体所引起的触电事故，如图1-1(b)所示。两相

8、触电要比单相触电后果严重的多。3跨步电压触电跨步电压触电是指高压导线断落在地，人们从此经过时，在人体两脚之间产生的跨步电压而引起的触电事故，如图1-1(c)所示。,第2章 直流电路,21 电路的组成、作用及状态 电流经过的路径称为电路。例如在日常生活中，把一个灯泡通过开关、导线和干电池连接起来，就组成了一个照明电路。如图2-1所示，在这个电路中，把开关合上，电路中就有电流通过，灯泡就能亮起来。任何一个完整的电路，不论其结构多么复杂，就其基本作用而言，一般都是由电源、负载、开关和导线组成。,211、电路的作用,实际电路所完成的任务是多种多样的，其作用具体归纳为：（1）实现电能的传输、分配与转换。

9、例如，照明电路将电能转换为光能和热能。（2）实现信号的传递与处理。如图2-3所示的扩音机电路，放大器用来放大电信号，而后传递到扬声器，把电信号还原为语言或音乐，实现“声-电-声”的放大、传输和转换作用。,2.2.3 电路的工作状态,1.通路（闭路）通路是指电源与负载接成闭合回路时的工作状态，这时电路中有电流通过。2.开路（断路）开路是指电源与负载未接成闭合回路时的工作状态，这时电路中没有电流通过。在实际电路中，电气设备与电气设备之间、电气设备与导线之间连接时的接触不良也会使电路处于开路状态。3.短路（捷路）短路是指电源未经负载而直接由导线（导体）构成通路时的工作状态。短路时，电源输出电流将比允

10、许的通路工作电流大许多倍，电源会因短路而损耗大量的能量，可能烧坏电源和其他设备。所以，应严防电路发生短路。,23 欧姆定律及其应用,在导体两端加上一个电压，则导体中会产生电流。电流流过导体时，又不可避免地遇到电阻。那么电压、电流和电阻三者之间存在什么关系呢？电路理论中最基本的一条定律欧姆定律就描述了这种关系。下面分几种具体情况来讨论。,2.3.1 一段无源支路的欧姆定律,实验证明：流过一段无源支路的电流I的大小与这条支路两端的电压U成正比，与这条支路的电阻R成反比。这个规律称为一段无源支路的欧姆定律，或称为部分电路的欧姆定律，用公式表示为 I U/R（2-7）式中，若电压U的单位为V，电阻R的

11、单位为，则电流I的单位就是A。,2.3.2 全电路欧姆定律,全电路是指由内电路和外电路组成的闭合电路的整体，如图2-9所示。图中的虚线框代表一个电源的内部电路，称为内电路。r是电源的内阻（有时直接在电源符号旁边标出r，而不再画电阻符号），又称为内电阻。电源外部的电路称为外电路。实验证明：流过闭合电路的电流I的大小与电源电动势E成正比，与电路中内、外电阻之和（R+r）成反比，这个规律称为全电路的欧姆定律，又称为闭合电路的欧姆定律。用公式表示为：I E/(R+r),24 电阻的串联和并联,在实际工作中，经常把电阻适当地连接后再进行使用。电阻的连接方式主要有串联、并联和混联三种。（1）串联电路的等效

12、电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和（2）并联电路等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联支路电阻的倒数之和（3）对于电阻混联电路的计算，只要按电阻的串联和并联的计算方法，一步一步地把电路化简，最后就可以求出其总的等效电阻了。,2.5 电能与电功率,2.5.1 电能电流流过灯泡，灯泡会发光；电流流过电炉丝，电炉丝会发热；电流流过电动机，电动机会运转。可见电流流过一些用电设备时是会做功的，电流所做的功称为电功。电功即为电路所消耗的电能，用符号W表示。W=IUt W=IUt=I2Rt,252、电功率,电流需要通过一些用电设备才能做功。为了衡量这些设备做功能力的大小，引入一个电功率的概念。我们把单位时间内

13、电流所做的功称为电功率，用符号P表示，P=W/t=I U=I2R=U 2/R,26 基尔霍夫电流定律和电压定律,基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路中所有支路电流和电压所遵循的基本规律，它和前面讲的欧姆定律是电路中最基本的规律。基尔霍夫电流定律（KCL)：在任一时刻，流入某一个节点的电流之和恒等于从这一个节点流出的电流之和，I入=I出 基尔霍夫电压定律（KVL)：在任一瞬间，沿电路中的任一回路，各段电压的代数和恒等于零。U=0,第3章 磁与磁路,前面我们讲述了电路的基本概念、基本规律和分析计算方法，但在工程上许多电气设备（如电动机、变压器等）既涉

14、及电路的问题，还涉及磁路的问题。下面我们向大家介绍磁的基本知识。,31 电流的磁场,任何磁铁都具有两个磁极，两个磁极是彼此依赖，不可分离的。如果把磁铁折断为二个，则每一个磁铁都变成具有N、S两个磁极的磁铁。换名话说，N极和S极是成对出现的，无论你把磁铁怎样分割，他总是保持两个异性磁极。我们把两个磁铁互相靠近发现，总是同性的磁极互相排斥，异性的磁极互相吸引。这种相互的作用力称为磁力。磁力的存在说明在磁铁周围的空间中存在着一种特殊的物质，这种物质称为磁场。,、电流产生磁场,实验证明，在通有电流的导体周围，放入一个磁针，我们发现磁针受到了电磁力的作用。由此可知，通有电流的导体周围必定产生了磁场，这种

15、现象叫做电流的磁效应。电流的方向与由它产生的磁场方向之间的关系可用安培定则（又称为右手螺旋定则）来判断。,3.2 磁场中的有关物理量,3.2.1 磁感应强度磁感应强度是描述磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量，用符号B表示，单位特斯拉（T）。实验证明：当载流导体与磁场方向垂直时，磁场对载流导体的作用力F与导体中的电流大小I及导体在磁场中的有效长度L的乘积成正比。即：B F/I L载流导体在磁场中受力方向可用左手定则来判断：伸开左手,让大拇指与其余四指垂直,并与掌心在同一平面内，让磁感线垂直的穿过手心,四指指向电流方向,则大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中所受的电磁力的方向。如右图所示。,、磁通

16、,磁通是描述磁场在空间某一范围内分布情况的物理量，用符号表示，单位韦伯（Wb）。磁通定义为：磁感应强度B和与垂直于磁感应强度方向的面积S的乘积。即=BS 引入了磁通这一概念之后，反过来也可以把磁感应强度看作是通过单位面积和磁通，因此，磁感应强度又称为磁通密度，并且用韦伯/米2作单位。,、导磁率,磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用符号表示，单位是亨利/米（H/m）。不同的物质其磁导率也不相同。由实验测得真空中的磁导率：0=410-7H/m，且为一个常数。为了比较各种物质的导磁能力，将任一物质的磁导率与真空中磁导率的比值叫做相对磁导率。用表示，即 r=/0 由上式可知：相对磁导率是没

17、有单位的，它表明在其他条件相同的情况下，媒介质中的磁感应强度是真空中的多少倍。,3.2.4 磁场强度,由上分析可知，同一个通电导体在不同的媒介质中，将有不同的磁感应强度，这就使得磁场的计算显得比较复杂。为了使磁场的计算简单，我们引入磁场强度这一物理量。磁场中某点的磁感应强度B与媒介质的磁导率u的比值，称为该点的磁场强度，用符号H表示，即 H B/磁场强度也是一个矢量，在均匀的媒介质中，它的方向与所在点磁感应强度的方向一致。在国际单位中，磁场强度的单位为安培/米（A/m）,33 磁化与磁性材料,实验证明：在线圈中通以一个电流以后，有铁心的线圈所产生的磁场远比没有铁心的线圈所产生的磁场强。这是为什

18、么呢？这是由于铁心被磁化致使磁场增强的缘故。我们把原来没有磁性的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。凡是铁磁物质都能被磁化。铁磁物质之所以能被磁化，是因为铁磁物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域所组成，每一个磁畴相当于一个小磁铁，在无外磁场作用时，这些小磁畴杂乱无章地排列着，如下图(a)所示，磁性相互抵消，对外不呈现磁性；只有在外磁场的作用下，磁畴都趋向外磁场，形成一个附加磁场，从而使原磁场显著增强，如下图(b)所示。,、磁滞回线,铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率很高。另一个特征是磁滞，即外磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态。,、铁

19、磁材料的性能、分类和用途,从上面对铁磁材料的磁化和磁滞回线的讨论可以看出，铁磁材料具有高导磁性、剩磁性、磁饱和性和磁滞性的性能。通常根据矫顽力的大小把铁磁材料分成三大类。,34 磁路欧姆定律及电磁铁,磁通集中通过的闭合路径称为磁路。在工程上，为了获得较强的磁场，常常需要把磁通集中在某一定型的路径中。形成磁路的最好方法是利用磁性材料按照电器结构要求，做成各种形状的铁心，从而使磁通形成所需的闭合路径。下图所示就是几种电器设备中的磁路,、磁路欧姆定律,简单的无分支磁路和等效磁路，设励磁线圈的匝数为N，通过励磁线圈的电流为I，铁心截面积为S且处处相等，磁路的平均长度为L（即中心线长度）。由实验可知：磁

20、路中的磁场强度H与励磁线圈的匝数N和励磁线圈的电流I的乘积成正比，而与磁路的平均长度L成反比，即HNI/L由式=BS和式H=B/可知:=SNI/L=NI/(L/S)Fm/RmFm相当于电路中的电动势，它是产生磁通的磁源，故称为磁通势;Rm对应于电路中的电阻，故称为磁阻。,3.5 电磁感应定律,直导体切割磁感线产生感应电动势如右图所示，当导体在磁场中静止不动或上下（沿磁感线方向）运动时，检流计的指针不偏转。当导体左右（切割磁感线方向）运动时，检流计发生偏转。同时导体切割磁感线的速度越快，指针偏转的角度就越大。直导体中感应电动势的大小为：e=BLsin,直导体中感应电动势的方向可用右手定则判断：,

21、伸开右手，让大拇指与其余四指垂直，并与掌心在同一平面内，让磁感线垂直的穿过手心，大拇指指向导体的运动方向，则其余四指所指的方向就是导体在磁场中运动产生的感应电动势方向（从低电位指向高电位）。如右图所示。,、线圈中磁通变化产生感应电动势,如右图所示，当磁铁插入或拔出时，检流计的指针发生偏转；而当磁铁插在线圈中不动或两者以同一速度运动时，检流计的指针不发生偏转。检流计的指针发生偏转说明线圈中产生了电流，指针偏转的原因是由于磁铁的插入或拔出导致线圈中的磁通量发生了变化。,3.5.3 楞次定律,以上实验表明：当穿过线圈中的磁通量发生变化时，在线圈回路中就会产生感应电动势和感应电流。楞次定律指出了变化的

22、磁通与感应电动势在方向上的关系，即感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。楞次定律提供了判断感应电动势或感应电流方向的方法：（1）首先判断原磁场的方向及其变化趋势（增加或减少）。（2）应用楞次定律确定感应电流产生的感应磁通方向（如果原磁通是增加的，则感应磁通的方向与原磁通方向相反，如果原磁通是减少的，则感应磁通的方向与原磁通方向相同）。（3）根据感应磁通方向，用安培定律确定线圈中感应电动势或感应电流的方向。,3.5.3 法拉第电磁感应定律,我们发现检流计的指针偏转角度大小与磁铁插入或拔出线圈的速度有关，当磁铁运动的速度越快时，指针偏转角度越大；反之越小。磁铁插入或拔出线圈的速度，反映了线圈中磁

23、通变化的快慢。即线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化速度（即变化率）成正比。这个规律就叫做法拉第电磁感应定律。对于N匝线圈，其感应电动势为e=-N/t,3.5.4 自感与自感系数,流过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化而产生的自感电动势，总是阻碍线圈中原来电流的变化，当原来电流在增大时，自感电动势与原来电流方向相反；当原来电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同。对于不同的线圈，在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势是不同的，电学中用自感系数来表示线圈的这种特征。自感系数简称自感或电感。用符号“L”表示，单位：亨利（H）。,第4章 电容与电感,【本章学习目标】1、了解电

24、容器概念及其作用；2、了解电感的概念；3、理解电容概念，能分析有关电容问题并进行简单的计算；4、理解电感线圈的用途和选用；5、掌握电感和电容的识别与检测。,41 电容器,很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时等。为了衡量电容器储存电荷本领的大小，引入电容量这一物理量，其定义为：电容器任一极板上所储存的电荷量Q与两极板间电压U的比值，叫做电容器的电容量，用符号“C”表示。即：C Q/U,电容器的串联和并联,电容器串联时，电路的总电容量（即等效电容）的倒数，等于各串联电容器电容量的倒数之和；（2）电容器并联时，电路的总电

25、容量（即等效电容量）等于各电容器的电容量之和，即：C=C1+C2+C3+Cn,4.2 电感,电感线圈是一种储能元件，它能把电能转换成磁场能。它和电阻器、电容器一样都是电子设备中的重要组成元件。电感线圈的用途很广，例如：发电机、电动机、变压器、电抗器和继电器等电气设备中的绕组就是各种各样的电感线圈；另外收音机、电视机等电子产品中也有不少电感线圈，如：振荡线圈、天线线圈、中频变压器（中周）和贴片式电感线圈等。选用电感线圈时，要注意额定值，即额定电感量和额定电流。线圈中实际通过的电流不能大于其额定值，否则会使线圈过热或承受很大的电磁力，导致机械变形，甚至烧毁。,第5章 单相正弦电路,第二章我们所讲的

26、电量，都是大小和方向不随时间变化的，我们称为稳恒直流电。本章介绍的单相正弦交流电，其电量的大小和方向均随时间按正弦规律进行周期性变化，是交流电中的一种。电量的大小和方向随不随时间变化是交流电与直流电之间的本质区别。在日常生产和生活中，广泛使用的都是本章所介绍的正弦交流电，这是因为正弦交流电在传输、变换和控制上有着直流电不可替代的优点，单相正弦交流电路的基本知识则是分析和计算正弦交流电路的基础，因此了解和掌握正弦交流电的特点，必须学会正弦交流电路的基本分析方法。下面我们首先介绍正弦交流电路的基本概念：,51 正弦交流电路的基本概念,511、正弦交流电动势的产生 大多数正弦交流电动势是由交流发电机

27、产生的。如下图为交流发电机电流产生的示意图，它由一对正对的磁极与转子线圈组成，在外力作用下使转子线圈在磁场中匀速转动，观察电流表的指针发现，指针随着线圈的转动而摆动，并且线圈每旋转一周，指针左右摆动一次。这表明转动的线圈里产生了感应电流，并且感应电流的大小和方向都在随时间做周期性变化。这种大小和方向均随时间做周期性变化的电流称为交流电。,512、正弦交流电的三要素,一个正弦交流电可由三个特征量来确定，最大值反映了正弦量的变化范围；角频率反映了正弦量的变化快慢；初相位反映了正弦量的起始状态。因此，常把最大值（或有效值）、角频率（或频率、周期）和初相位称为交流电的三要素。【例5-2】已知i 1=1

28、0sin（314t+60）A，i 2=10sin（314t-60）A。求i=i 1+i 2的瞬时表达式。【解】首先画出i 1和i 2的相量图，然后按平行四边形法则画出合相量i，如图5-5所示。由相量图求得：I=I1=I2=10A（等边三角形）i=0则 i=i 1+i 2=10sin314tA,52 纯电阻电路,交流电路中如果只有电阻，这种电路就叫做纯电阻电路。在纯电阻电路中，电流i与电压R是同频率、同相位的正弦量。电流与电压的数量关系：I UR/R电阻的有功功率：P I2R UR 2/R URI,53纯电感电路,在纯电感电路中，电流i与电压UL的频率相同，但在相位上，电压超前电流90。它们的相

29、量图如下图所示。电流与电压的数量关系：感抗XL=L=2f L=UL/IXL是表示电感线圈对交流电流阻碍作用大小的一个物理量，与纯电阻电路中的电阻R相当，称为感抗，单位欧姆（）。电感有“通直流，阻交流”和“通低频，阻高频”的特性。为了反映电感元件与电源之间进行能量交换的规模，我们把瞬时功率的最大值，称为电感元件的无功功率，用符号QL表示，单位为乏（var）QL=ULI=I2XL=UL2/XL,54纯电容电路,在交流电路中，如果只用电容器作负载，而且电容器的绝缘电阻很大，介质的损耗可以忽略，那么这个电路就称为纯电容电路。在纯电容电路中,电流i与电压uC的频率相同,但在相位上,电压滞后电流。电流与电

30、压的数量关系：容抗 Xc1/c=1/2f c=Uc/I电容器有“通交流、隔直流，通高频，阻低频”的特性。瞬时功率的最大值被定义为电路的无功功率，用来表示电容器与电源交换能量的规模。其数学表达式为：Qc=UcI=I2Xc=Uc2/Xc,54 R L串联电路,在含有线圈的交流电路中,当线圈的电阻不能忽略时,就构成了由电阻R和电感L串联的交流电路,简称RL串联电路。工厂里常见的电动机、变压器以及日常生活中的日光灯等都可以看成是一个电阻与电感串联的电路。阻抗三角形 电压三角形功率三角形功率因数由功率三角形可知，电源提供的功率不能被感性负载完全吸收。这样就存在着电源功率的利用问题。为了反映电源的利用率，我们把有功功率与视在功率的比值称为电路的功率因数，用表示。即：,