国家电工技师高级技师复习纲要第一部分电工和电子技术基础.docx
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国家电工技师高级技师复习纲要第一部分电工和电子技术基础
国家电工技师(高级技师)复习纲要第一部分:
电工和电子技术基础(30~35分)
§1.1电路分析(直流和交流电路)
一、直流电路
1.基础知识:
1:
电阻性质:
是物质本身的属性;和材料有关系;和形状(长度、截面积)有关系。
题型:
导体的对折和拉伸(体积不变)。
2欧姆定律:
I=E/R部分电路
I=E/(R+r)全电路
题型:
对公式进行变化,电源内阻增加,开路电压不变,端电压随内阻变化而变化。
2.简单电路分析:
U、I、P、
①、串联(等效成)
电阻首尾相连
I相等
U等于各个电阻电压之和
R等于各个电阻值之和
应用:
用于分压
②、并联(等效成)
电阻首端和尾端分别连接在一起
U相等
I等于各个并联支路电流之和
R:
总电阻小于任何一个支路电阻
应用:
用于分流
串联电路中电阻分得的电压与其阻值成正比
U1=R1/RΣ
题型:
1、截面积S1>S3>S2、电流一样大。
产生的热量由于长度没有给,所以无法判断。
2、三个灯泡额定电压都是220V分别为60W、40W、25W串联在一起哪个更亮?
25W的更亮。
并联在一起哪个更亮?
60W的更亮。
串联时P=I2R(I相等)
并联时P=U2/R(U相等)
计算:
例子、P3811、图4所示是一个多量程电流表的的电路原理图。
已知表头电阻Rg=3750Ω,满刻度时电流Ig=40µA,试计算各个分流电阻RA1~RA5。
﹡3、复杂电路分析
(1)、基尔霍夫第一定律(节点电流定律):
ΣI入=ΣI出
强调:
流入和流出指的是参考方向,流入和流出是带符号的。
扩展:
封闭曲面
I1+I3=I2+I4+I5,-2+4=-3+I4+6,I4=-1A
IE=IB+IC
适用于放大区
饱和区和截止区不适合
将虚线部分看作一个节点,那么I入=0A所以I=0A。
3基尔霍夫第二定律(回路电压)
在任何时刻沿任何回路一周,电压代数和为0。
ΣE(提供)=ΣIR(消耗)
强调:
代数和、正负判断。
电动势和电流与绕行方向一致为正,相反为负(电动势的方向负极指向正极)。
扩展:
非闭合回路:
RAB=∞、UAB=?
3-5-10=I1R1+I2R2+I3R3+(-UAB)
(2)复杂电路分析的具体方法
①、支路电流法:
需要列方程组求解。
方法分为五步:
1)预备:
每一个支路的电流方向。
2)支路数(n:
支路个数)(只要为分叉就是一个支路)。
3)列方程:
列出节点电流方程(n-1个)。
4)由回路电压补充方程数(方程数与网孔个数相同)
网孔:
电路中不能再区分的孔叫网孔。
如图所示有两个网孔,需要列两个方程。
可以任意选择两个网孔。
②、叠加原理:
内容:
对于一个含源线性电路(含源线性电路才可采用叠加原理)多个电源共同作用的结果与每一个电源单独作用的结果的代数和是等效的。
单独作用:
其它电源不作用。
不作用的电源:
电压源作短路处理;电流源作开路处理。
代数和:
有符号。
与所有电源共同作用方向相同为正,相反为负。
③、﹡戴维南定理:
条件:
线性含源的二端网络可以等效成一个电压源。
内容:
形势变化,等效成一个电动势和内阻串联的电压源。
参数求取:
E=开路电压;R=电源不作用时的等效电阻(电压源短路电流源开路)。
步骤:
a:
将待求网络和含源二端网络分离。
b:
等效。
c:
参数求取:
E;R。
d:
联入待求电路求解。
二、交流电流
1、单相交流电路:
三要素:
有效值、最大值、频率。
(1)电感电容的性质,性质相反。
①电抗:
XL=2πfL=ωL通直隔交
XC=1/2πfC=1/ωC通交隔直
②电压与电流的相位关系。
电感上的电压超前电流90o
电容上的电压滞后电流90o
(2)RLC串联电路
u=uR+uL+uC(√)
U=
R+
L+
C相量值(√)
U=UR+UL+UC有效值(Ⅹ)
阻抗:
是一个复数。
Z=R+j(XL-XC)
|Z|=[R2+(XL-XC)2]1/2
功率因数体现了能量的利用率。
Ø=arctg[(XL-XC)/R]
CosØ=R/|Z|
电压、电流的关系:
数量关系:
I=U/|Z|有效值。
相位关系:
体现电路性质。
阻性:
与
同相位,XL=XCC
感性:
超前
Ø角大于0o小于90oXL>X
容性:
滞后
Ø角小于0o大于-90oXL 电压三角形。 UL=I*XL UC=I*XC UR=I*R U=[UR2+(UL-UC)2]1/2 功率: P: 电阻消耗的功率。 单位WP=I2R(有功功率、平均功率) Q: 无功功率: 电感或电容的存储功率。 体现储能元件与电源交换能量的能力。 单位VarQC=U2/XC=I2XLQL=I2XL=U2/XL S: 视在功率,单位KVAS=UI=U2/ZS=(P2+Q2)1/2 提高功率因数的方法: ①提高自然功率因数,设备满载。 ②采用补偿,感性负载两端并联电容。 (3)谐振: ①特征: 电路呈阻性。 ②串联谐振: *特点当串联谐振发生时,电路阻抗最小电路中的电流最大,电感和电容中产生方向相反的过电压。 f0=1/(2π(LC)1/2)条件: XL=XC ③并联谐振 特点: 当并联谐振发生时,电流最小,阻抗最大。 在并联支路中有大电流 条件: I1SinØ=I2 ωL/(R2+(ωL)2)=ωCf0 1/(2π(LC)1/2)注: 1/LC>>R2/L2 2、三项交流电路。 (1)三相电源 ①“Y”联接: 三根相线、一根中线;三线四线制。 提供两种电压: 线电压、相电压。 ②线电压与相电压之间的关系: 数量关系: U线=31/2U相相位关系: 线电压相位超前相电压30o③“∆”联接: (由于绕线很难达到一致,所以在三角形联接时会产生环流,实际生产中我们一般不采用) (2)三相负载: ①非对称电路单独分析;对称电路统一分析。 ②对称负载条件: 阻抗值相等、阻抗角相同。 ③三相负载的联接: a: “Y” 结论: 当“Y”联接时负载承受相电压 “Y”联接负载不对称时中线有电流。 “Y”联接负载对称时中线无电流。 “Y”联接负载时I相=I线 负载不对称时中线的作用: 维持中性点不偏移、中性线不允许联接开关及熔断器。 负载对称时中性线: 中性线可以取消叫做三线三线制。 b: “∆”联接 结论: 每一相负载承受的电压是相电压 I相=31/2I线 线电流滞后相电流30o (软磁材料: 铁心硬磁材料: 永久磁铁) (3)三相功率 P=P1+P2+P3 =3P1(三相对称负载) =31/2UeIeCosØ(Ø: 阻抗角) §1.2磁路知识 一、磁的基础知识 1、磁力线的特点: ①闭合曲线: 外部从N极到S极;内部从S极到N极。 ②磁力线的疏密程度代表磁场的强弱。 ③磁力线某点切线方向表明磁场方向。 2、磁导率µ 相对磁导率µ0是一个比值,没有单位。 物质分类: ①顺磁物质: µ0略大于1 ②逆磁物质: µ0小于1 顺逆导磁物质都称为非磁性物质。 ③铁磁物质µ0>>1(磁性物质) 分为软磁: 易磁化、易去磁、磁滞损耗小。 硬磁: 不易磁化、不易去磁、磁滞损耗大。 矩磁: 磁存储器。 3、磁场强度(H)磁感应强度(B) 不同点: B与µ有关,H与µ无关。 4、电磁感应 ①感应电动势大小与磁通变化率成正比。 (法拉第定律)e=-N∆Ø/∆t ②方向: 楞次定律: 阻碍原磁场的变化。 二、磁路欧姆定律 Ø(磁通)=NI/错误: Ø=B×S =H×µ×S =(NI/L)×µ×S 磁阻RM=L/µS 磁动势: FM=NI Ø=/RM 电路与磁路的比较: ①电路有开路状态(I=0),磁路无开路状态。 ②空气气隙σ很小,但磁阻很大,所以对磁路影响很大。 Ø一定,FM↑(NI),I↑,所以减小σ。 Ø=NI/(RM1+RM2+RM3) 三、磁的应用(*电磁铁) (1)分类: 直流电磁铁、交流电磁铁。 (2)区别*: 交流 直流 结构 铁心 硅钢片叠成(为减小损耗),有短路环 整块钢或者软铁(不用考虑损耗) 线圈 粗、短 细、长 参数 电流 吸合前大、吸合后小 固定不变 吸合力 吸合前后吸力不变 吸合前吸力小、吸合后吸力大 电子技术基础 §放大电路 一、晶体管工作状态 1、放大状态(线性区域) IC=ßIB(晶体管是电流放大器件) *条件: 发射结要正向偏置 集电结要反向偏置 2、饱和状态 IC<ßIBUCE≤0.3V *条件: 发射结处于正向偏置 集电结也处于正向偏置 UCE≤0.3V 晶体管可以被看作一个闭合开关。 3、截止状态 IB≈0IC≈0UCE≈UCC(电源电压) *条件: 发射结处于反向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管可以被看作一个打开状态的开关 饱和状态和截止状态是晶体管的开关状态。 二、放大电路的组成和各个元件的作用(*选择判断题) 1、核心元件晶体管: 放大作用,放大的实质是控制,小电流控制大电流。 2、直流电源①进行能量的补充 ②保证晶体管工作在线性区域(发射结正偏,集电结反偏) 3、电阻RB: 提供偏置电流,提供一个合适的静态工作点。 RC: 参数转换,将大的电流转换成大的电压。 4、电容: 通交隔直,目的是使进入和输出放大电路的信号是交流信号。 过滤的作用。 三、性能指标 1、针对交流信号的动态性能指标。 ①Au电压放大倍数: 体现了放大电路的放大能力,越大越好。 ②Ri输入电阻: 体现了放大电路从信号源取信号的能力,越强越好。 ③Ro体现了放大电路带负载的能力,输出电阻越小,说明自身消耗能量越小,要求越小越好。 2、静态性能指标(又叫静态工作点)。 指直流电路在直流电源的作用下的工作状态。 ①IB ②ICIC=ßIB满足放大关系。 ③UCE≈UCC-ICRC≈UCC/2 四、放大电路的分析 1、静态分析(对静态工作点IB、IC、UCE进行求取计算)。 目的是看静态工作点是否合适。 ①静态工作点的意义: 保证静态工作点处于放大区域(线性区域)。 保证静态工作点在合适位置(不失真) ②失真原理及调整。 失真: 非线性失真指交流信号进入非线性区域。 类型: 饱和失真、截至失真。 饱和失真的原因是静态工作点过高。 IB过大(Q点过高)、RB过小(多选题) Q过高←IB过大←RB过小 截止失真的原因是静态工作点过低。 (多选题) Q过低←IB过小←RB过大 调整: 基本思路是将静态工作点调整到合适的位置。 (多选题) 饱和: Q↓←IB↓←RB↑ 截止: Q↑←IB↑←RB↓ 调整的措施要根据产生的原因。 ③形式 固定偏置: IB是固定的值。 分压式偏置: IB是通过分压式求取,可以自动调整。 ④计算 固定: 先IB≈UCC/RB 再IC=ßIB 再UCE=UCC-ICRC 分压式偏置电路: 先UB=RB2UCC/(RB1+RB2) 再IC≈IE=(UB-UBE)/RE=(UB-0.7)/RE IB=IC/ß UCE=UCC-ICRC-IERE =UCC-IC(RC+RE) ⑤静态工作点的稳定: Q点偏移的原因: 温度变化造成IC参数的变化 采用分压式偏置电路(引入了电流负反馈)(电压负反馈稳定电压、电流负反馈稳定电流) 2、动态分析——采用小信号微变等效电路分析法。 将晶体管等效成一个线性电路。 ①微变等效变换原则 电容及电源作短路处理 基极b与发射极e之间有一电阻rbe 集电极c与e之间是一个受控电流源。 ②计算(高级技师不考) Au=-ßRc/rbe(如果有负载,Rc的位置用Rc//RL替代)rbe可以近似等于1000Ω Ri=RB//rbe Ro≈RC 五、放大电路的三种组态及特点: 1、共射极放大电路。 (输入输出共用射极)主要用于低频放大(节电容大)。 特点: 输入输出是反相位的。 输入电阻比较小 输出电阻比较大 输入输出电阻是合适的,主要用于中间级放大 2、共集电极放大电路(输入输出公用集电极)。 又叫射极输出器、射极跟随器。 特点: 输入输出同相位、放大倍数Au≈1,略小于1 输入电阻非常大 输出电阻非常小 一般作输入级和输出级。 也可以用作中间级实现阻抗的匹配。 3、共基极放大电路(输入输出共用基极) 特点: 输入输出也是同相位的,Au比较大。 主要用于高频放大(结电容小)。 六、放大电路性能的改善(引入负反馈) 把输出信号引入输入端并减弱输入信号。 1、类型 输出(取值类型)输入(连接方式) (开路还有)电压串联(不在同一点) (短路还有)电流并联(在同一点) 发射极引回来的大多数是电流,从集电极引回来的大多数为电压。 2、*对放大电路性能的影响 ①引入反馈降低了放大电路的放大倍数Au↓ ②提高了整个电路的稳定性(抗干扰能力强) ③减小了非线性失真 ④拓宽了通频带 ⑤改善了输入输出电阻 *输入电阻: 串联方式使输入电阻增加 并联方式使输入电阻减小 输出电阻: 电压反馈稳定了电压,Ro变小(RL变化引起电流变化) 电流反馈稳定了电流,Ro变大(RL变化I=E/(Ro+RL)) 考试时可以根据电阻变化选择反馈方式或者根据反馈方式选择电阻变化。 共集电极放大电路是一个电压串联负反馈。 七、多级电压放大电路 1、耦合方式(多级之间信号的传递方式) ①阻容: 特点是前后级静态工作点是独立的,只适用于交流放大电路。 ②变压器: 只能进行交流放大,能够实现阻抗变换,完成阻抗匹配。 ③直接连接: 连接形式最简单,前后级静态工作点相互干扰。 能放大直流信号。 (直流放大器: 直流放大器既能放大直流信号,也能放大交流信号) 2、性能指标: 主要指动态性能指标。 Au=Au1*Au2*……(每个单级放大倍数的乘积) Ri=Ri1(输入电阻是输入级的输入电阻) Ro=Ro末(输出电阻是输出级的输出电阻) 3、直流放大器的问题(直流放大器是发展趋势) ①使后级静态工作点降低(Q后↓) ②存在零点漂移。 原因是温度变化引起放大电路的性能指标发生变化。 措施: 提高前级输出点位(针对①) 零点漂移: 选用性能稳定的元件。 采用差动放大电路作为输入级(单选题只选这一个,多选题就全选) 八、差动放大电路 1、结构特点: 对称性、采用了射极反馈电路。 2、抑制零点漂移的原因: 1对称结构造成两个管子参数同时变化,其差值不变、RE射极反馈是一个深度电流负反馈。 电流稳定。 3、差动放大电路的连接: 方式有四种: 双端输出,双端输入。 双端输出,单端输出。 单端输入,单端输出。 特点: 双端输出抑制零点漂移的功能更强一些。 双端输出的放大倍数是单端输出的2倍(与单管放大电路能力一样)。 九、功率放大电路 要求: 信号电压电流都要大。 1、工作特点: 处于大信号状态;接近极限情况;易失真 2、性能指标要求: ①要有较大的输出功率(大电压、大电流) ②效率高,自身损耗小。 ③小失真 3、类型: 分为三类 ①甲类: 构成功率放大电路的晶体管始终导通,效率低。 ②乙类: 晶体管导通半个周期,效率高。 缺点是存在交越失真。 ③甲乙类: 介于甲类与乙类之间更接近乙类。 主要用于克服乙类存在的交越失真。 4、乙类功率放大器的特点: ①OTL: 单电源供电;输出最大功率POM=UCC2/8R ②OCL: 双电源供电;输出最大功率POM=UCC2/2R ③BTL: 单电源供电;输出最大功率POM=UCC2/2R 电源利用率最高的是BTL。 5、交越失真的原因及措施 ①原因: 是由于晶体管存在死区电压。 ②措施: 在正常情况下使管子处于静态微导通(设置一个合适的Q点、导通超过半个周期) §正弦波振荡器 一、实质: 能够产生正弦波信号的设备,直流→交流。 能量交换(小功率信号的变换) 二、功能: 把直流电变换为某一频率和幅值的正弦波交流信号。 三、分类(根据选频网络的不同分类): LC振荡器: 用于产生高频信号 RC振荡器: 用于产生低频信号。 石英晶体振荡器: 用于产生频率稳定的信号。 考试时可能根据频率选择类型。 四、*组成: 正弦波发生器由四个部分组成。 放大部分、选频部分、正反馈、稳幅电路。 考试时可能是填空题 五、振荡的条件: ①相位平衡: 正反馈加强输入信号。 ②幅值平衡: 反馈信号的幅值不能低于输入信号。 六、工作原理: 自激(振荡)→选频→反馈加强 七、LC振荡器 1、选频网络是LC并联谐振 2、*LC构成有三种: 变压器反馈式 电感三点式 电容三点式 都是产生高频信号的。 f0(谐振频率)=1/2π(LC)1/2 品质因数Q: 描述LC振荡电路振荡时损耗能量的大小。 Q越大损耗越小。 频率特性越好。 §运算放大器(是一个集成器件) 本质: 多级高放大倍数直接耦合的直流放大器。 一、组成(四个部分): 输入级: 作用是尽可能多的取信号,抑制零点漂移。 (取信号能力强、抑制零飘是差动放电电路的特点) 中间级: 作用是电压放大,多个共射极放大电路组成。 输出级: 驱动负载,一定是有足够电流放大能力,电阻还要小。 所以是功率放大电路。 偏置电路: 是为所有的电路提供静态工作点的。 二、特点: (三个特点) 1、开环差模放大倍数非常大。 (体现信号的放大能力) 2、共模抑制比高(抑制零点漂移的能力) 3、差模输入电阻非常大。 三、运放的分析(分两种情况) 1、运算的线性应用分析 ①条件: 运算电路中存在负反馈。 ②分析方法: (两个方法) 虚短: 同相和反相输入端的电位相同(求电压) 虚断: 同相和反相输入端没有电流。 ③具体应用: 同相比例输入、反相比例输入、加法电路、减法电路 2、非线性应用 条件: 运放处于开环或者正反馈的情况下。 特点: 输出只在正、负限幅值之间变化。 (只有正负限幅值两种状态) 分析方法: 采用的是限幅法(把限幅值叠加在输入端) 具体应用: 构成比较器、单限比较器、双限(窗口)比较器、三角波(锯齿波)发生器(引入正反馈再加一个电容,通过电容充放电形成锯齿波)。 IO=IF+ILIF=UO/(RF+R1) IL=UO/RL U+=R3UI/(R2+R3) U-=R1UO/(R1+RF) U+=U- RF是负反馈,所以是线性应用(正反馈是非线性的)。 电压串联负反馈(输入在不同点是串联、输出开路反馈还有说明是电压反馈) §直流电源(希望得到直流稳压的电源) 一、构成: 四部分: 变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。 二、滤波: 1、原理: 利用储能元件与电源之间能量交换使电流平滑 2、元件: L电感、C电容。 3、应用场合: 负载大而且经常波动用电感滤波。 负载小而且稳定用电容C滤波。 三、稳压电路: 使输出电压不随负载变化波动 1、简单并联型稳压电路 ①形式: 硅稳压管与负载并联。 为实现电压调节电路中要串一个电阻R(作用是调压和限制硅稳压管上过大的电流) ②特点: 简单;稳压效果差,只能应用在要求不高的场合。 2、串联型稳压电路: ①形式: 把晶体管串在电路中起调节作用。 ②构成(四个部分): 取样电路、比较电路、放大电路、调整电路。 ③特点: 电压稳定、文波小、效率比较低、散热片比较大(产生热量大)。 3、开环性稳压电路: 利用晶体管的开关特性调整占空比来调整电压。 特点: 效率高、功耗小、文波大。 四、集成稳压器 1、特点: 体积小、性能高、工作稳定、抗干扰能力强、保护全。 2、分类: 正电压输出78系列 负电压输出79系列 固定式、可调式。 3、应用: ①78系列与79系列管脚定义不同 ②在输入输出端并联电容起到滤波作用。 改善文波特性及瞬态过程。 §数字电子技术(处理数字信号的过程) 一、数字电路是一个逻辑电路。 逻辑关系的描述方法: *四种方法: 逻辑表达式、真值表、逻辑图、卡诺图。 二、逻辑函数的化简: 1、化简的目的和意义: 1)通过化简可以得到更简单清晰的逻辑关系。 使整个电路工作可靠性增加。 2)通过化简可以简化电路的构成降低成本。 2、化简的最终结果的判断。 逻辑表达式中的项数最少、每项中的变量最少。 3、化简的方法: ①公式法 ②图形法: 适用于四个变量以下表达式的化简。 五个或五个以上就不合适了。 4、卡诺图化简 ①前期准备: 把表达式化成最小项的形式。 一个项中包含所有变量,而且只出现一次。 ②最小项的性质: 所有最小项之和等于1 任意两个最小项之积等于0 ③化简的步骤 画变量卡诺图性质: 位置相邻、逻辑相邻 逻辑相邻是指两个最小项中只有一个不同,不同的变量是同一个变量的原变量和反变量。 把最小项相应位置填1 ④化简原则: 把相邻的1圈起来 圈起来的1的个数为2n个 圈要尽可能的大、圈数尽可能的少 1可以重复使用、圈中至少有一个未被圈中的1 二、集成逻辑门 1、常用的逻辑关系及表达方法 (1)逻辑关系: “与”、“或”、“非”、“与或”、“与非”、“异或”。 (2)表示方法: “与”: F=A*B(逻辑乘) “或”: F=A+B(逻辑加) “非”: F= “与非”: F= “与或”: F=A*B+C*D “异或”: F=A + B 2、TTL与非门 TTL门电路的结构(晶体管构成) 与非门是门电路的逻辑关系。 (1)组成: 三个部分 输入级中间级输出级 “与”(多发射极晶体管)“倒相、非”推挽式输出 (2)工作原理: 输入都是1,输出1。 输入有0,输出0。 (3)特性: 抗干扰能力: 噪声容量(低电平噪声容量、高电平噪声容量) 带负载能力: 扇出系数(一个TTL门能带同类门的数量) (4)TTL门电路使用的注意事项 不允许将两个TTL门的输出端直接相连。 3、特殊的TTL门 (1)OC门(集电极开路门) 特点: 输出与电源之间是断开的(开路)。 使用: 在电源与输出端加上拉电阻。 优点: 可以
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