电工电子技术及应用 孟玉茹 主编 2013年版.pdf

书 书 书内 容 提 要本书为高职高专“十二五”规划教材。本书共分1 0章，主要内容包括汽车大灯电路分析、交流线圈电路的分析、工业低压电源及电路特征、变压器及使用、直流电机及使用、三相交流电动机及使用、晶体管、晶体管放大电路及应用、门电路和组合逻辑电路应用、时序逻辑电路及应用。本书具备实物引领，电路分析；简化原理，注重应用的特点。本书提供电子课件。本书可作为高职高专机电一体化、机械制造与自动化、模具设计与制造、材料成型与控制技术、汽车检测与维修、汽车制造与装配技术、汽车电子技术等非电类专业的教材，也可供其他专业师生和工程技术人员选用。图书在版编目（C I P）数据 电工电子技术及应用/孟玉茹主编.北京：中国电力出版社，2 0 1 2.1 2 高职高专“十二五”规划教材 I SBN9 7 8 7 5 1 2 3 3 8 2 8 9.电.孟.电工技术 高等职业教育 教材电子技术 高等职业教育 教材.TMTN 中国版本图书馆C I P数据核字（2 0 1 2）第2 9 9 9 8 1号中国电力出版社出版、发行（北京市东城区北京站西街1 9号 1 0 0 0 0 5 h t t p：/www.c e p p.s g c c.c om.c n）航远印刷有限公司印刷各地新华书店经售*2 0 1 3年1月第一版 2 0 1 3年1月北京第一次印刷 7 8 7毫米1 0 9 2毫米 1 6开本 1 0.2 5印张 2 4 1千字定价1 8.5 0元敬 告 读 者本书封底贴有防伪标签，刮开涂层可查询真伪本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换版 权 专 有翻 印 必 究在高职高专教育教学改革不断深入的过程中，各高职高专院校为培养学生的职业能力，迫切需要以实际应用电路或实际设备为基础开发的电工电子技术及应用课程，以及按照“讲练结合”教学方式授课的通俗易懂的教材。基于这一需求，编者根据多年的实践教学经验和学校教改的成果编写了本书。本书以工作实际应用电路或实际设备为索引，讲授电路的基本概念、电路的分析方法；简单介绍设备原理，尽量用物理概念解释，不做复杂的公式推导；着重讲解设备和器件的应用。在教学时，通过教师讲解、示范、学生实训等教学环节，提高学生从事电气、电子设备使用和维护、维修的职业能力。成绩评定采用过程考核，每部分课程内容结束，教师可组织约2 0m i n的课堂测试，每个实训教师根据学生训练的实际情况给出分值，课堂测试分值占8 0%，实训的分值占2 0%。在教材使用中，可根据学生所学专业和就业方向，适当选择部分教学内容。本书由邢台职业技术学院孟玉茹任主编，王贵兰、孟红秀、孟令刚任副主编。具体编写分工如下：第1、2章由王贵兰编写，第3章由韩会山编写，第4章由冯磊编写，第5章由陈丽编写，第6、7章由孟玉茹编写，第8、9章由孟红秀编写，第1 0章由孟令刚编写。本书由河南机电高等专科学校姚永刚教授主审，并提出了宝贵的意见和建议，在此表示由衷的感谢。编 者2 0 1 2.1 0前言第1章 汽车大灯电路分析11.1 电路的作用和组成11.2 电流和电压的参考方向21.3 电阻的串联与并联41.4 电源的工作状态71.5 基尔霍夫定律91.6 支路电流法1 21.7 电压源和电流源及其等效变换1 31.8 叠加原理1 71.9 戴维南定理1 81.1 0 电路中电位的计算2 0实训一 万用表使用和直流电路电流、电压的测量2 1习题2 2第2章 交流线圈电路的分析2 72.1 正弦电压和电流2 72.2 正弦量的相量表示与计算3 02.3 单一参数交流电路3 22.4 RLC串联交流电路的分析3 82.5 功率因数的提高4 1实训二 交流电路测量和线路的故障检修方法4 3习题4 4第3章 工业低压电源及电路特征4 83.1 三相电源的特征4 83.2 三相对称负载星形连接的电路5 03.3 三相对称负载三角形连接的电路5 3习题5 4第4章 变压器及使用5 74.1 变压器的结构和原理5 74.2 变压器的外特性和效率5 94.3 变压器的极性6 04.4 变压器的使用及特殊变压器6 2实训三 单相变压器的极性测量及连接6 4习题6 5第5章 直流电机及使用6 65.1 直流电机的结构和工作原理6 65.2 并励直流发电机的使用与检修6 75.3 并励直流电动机及使用6 8习题7 2第6章 三相交流电动机及使用7 46.1 三相交流电动机的结构和工作原理7 46.2 三相异步电动机的机械特性7 86.3 三相异步电动机的起动8 16.4 三相异步电动机的制动8 36.5 三相异步电动机的调速8 46.6 三相异步电动机的铭牌数据和选择8 7习题9 0第7章 晶体管9 27.1 二极管9 27.2 稳压管9 87.3 三极管1 0 0实训四 常用电子元件的检测1 0 5习题1 0 6第8章 晶体管放大电路及应用1 0 88.1 基本放大电路1 0 88.2 基本放大电路的静态分析1 0 98.3 放大电路的动态分析1 1 28.4 静态工作点的设置与放大电路的失真1 1 58.5 静态工作点的稳定1 1 68.6 集成电路简介及应用1 1 9实训五 信号发生器和示波器的使用1 2 6实训六 基本放大电路的测试1 2 6习题1 2 7第9章 门电路和组合逻辑电路应用1 2 99.1 门电路1 2 99.2 组合逻辑电路分析1 3 59.3 组合逻辑电路的应用举例1 3 7实训七 组合逻辑电路的测试1 4 1习题1 4 2第1 0章 时序逻辑电路及应用1 4 41 0.1 触发器1 4 41 0.2 触发器应用举例1 4 7实训八 时序逻辑电路的测试1 5 1习题1 5 2参考文献1 5 4第1章 汽车大灯电路分析在生产、科学研究工作和日常生活中，电路都得到了广泛的应用。在汽车、机械制造设备、航天设备和电力系统网络、手机、电视机、收音机、音响设备、通信系统、计算机中都可以看到各种各样的电路。本章主要介绍电路基本概念和定律，如电路的作用和组成、电压和电流的参考方向、基尔霍夫定律，以及电源的工作状态，以汽车大灯电路为基础讨论常用的电路分析方法，如支路电流法、叠加原理和戴维南等效定理。1.1 电 路 的 作 用 和 组 成1.1.1 电路电路是电流通过的闭合路径，是由某些电气设备和元器件按一定方式组合之后的总称。例如发电机、变压器、电动机、电池、晶体管以及各种电阻器和电容器等都是电气元器件。图1-1所示为扩音机电路示意，图1-2所示为手电筒电路示意。图1-1 扩音机电路示意 图1-2 手电筒电路示意一般电路由电源、负载和中间环节三个基本部分组成。电源是将其他形式能量转化为电能的装置，如发电机、干电池、蓄电池等；负载是消耗电能的用电设备，如白炽灯、电炉、电动机、电视机等；中间环节起传输、控制、分配、保护等作用的装置，如导线、变压器、开关等。电路的作用有两方面：一方面是实现电能的传输与转换，如图1-3所示的电力系统，例如电力网络将电能从发电厂输送到各个工厂、农村、学校和千家万户，以供各种电气设备使用；另一方面是实现电信号的传输、处理和存储，如图1-1所示扩音机，通过话筒将声音转化成电信号，送入放大器进行放大处理，再通过扬声器把放大的声音传递出来。图1-3 电力系统电路示意1.1.2 电路模型将实际元件理想化，即在一定条件下突出其主要电磁性质，忽略次要因素，近似看做理想电路元件。由理想电路元件所组成的电路就是实际电路的电路模型。图1-4所示为手电筒的实际电路和电路模型。汽车大灯电路中有两个电源：一个是蓄电池，在汽车静止时给大灯提供电能；一个是直流发电机，汽车运行时给蓄电池充电并给大灯提供能量。汽车大灯电路和电路模型如图1-5所示。发电机和蓄电池理想化后用电动势和电阻串联表示，汽车大灯理想化后用电阻表示。后续章节中的电路均指电路模型。图1-4 手电筒电路（a）手电筒实际电路；（b）手电筒电路模型图1-5 汽车大灯电路的电路和电路模型（a）汽车大灯电路；（b）汽车大灯电路模型1.2 电流和电压的参考方向电压和电流的方向有实际方向和参考方向之分。习惯上，规定正电荷的移动方向表示电流的实际方向。在外电路，电流由正极流向负极；在内电路，电流由负极流向正极。但在分析较为复杂的直流通路时，往往难以事先判断某支路中电流的实际方向。在分析与计算电路时，可任意选定某一方向作为电流的参考方向。若电流实际方向与参考方向相同，电流取正值；若电流实际方向与参考方向相反，电流取负值。根据电流的参考方向和电流量值的正、负就可以确定电流的实际方向。电流的参考方向一般用箭头表示，也可以用双下标表示，如ia b表示参考方向是由a到b，如图1-6所示。2电工电子技术及应用同理，对电路中两点之间的电压也可以指定参考方向或参考极性。两点之间的电压参考方向可以用+、-极性来表示。正极指向负极的方向就是电压的参考方向，如图1-7所示。如果实际电位a点高于b点，两者的方向一致，则u0；如果实际电位b点高于a点，两者相反，则u0。有时为了图示方便，可用一个箭头表示电压的参考方向。也可用双下标表示电压，如ua b表示a和b之间的电压参考方向由a指向b。图1-6 电流的参考方向（a）参考方向与实际方向相同；（b）参考方向与实际方向相反 图1-7 电压的参考方向如果流过元件的电流参考方向和元件电压参考方向一致，把电压和电流的这种参考方向称为关联参考方向；否则，称为非关联参考方向，如图1-8所示。本书后续章节中，除特别说明均采用电压、电流关联参考反向。图1-8 电压、电流关联参考方向（a）关联参考方向；（b）关联参考方向；（c）非关联参考方向；（d）非关联参考方向【例1-1】应用欧姆定律对如图1-9所示电路列出式子，并求电阻R。图1-9 例1-1图解 欧姆定律是指流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比。应用欧姆定律要根据电压电流的参考方向，当两者是关联参考方向时，U=RI；当两者是非关联参考方向时，U=-RI。因此，对于图1-9（a）3第1章 汽 车 大 灯 电 路 分 析R=UI=82=4（）对于图1-9（b）R=-UI=-8-2=4（）对于图1-9（c）R=-UI=-82=4（）对于图1-9（d）R=UI=-8-2=4（）1.3 电 阻 的 串 联 与 并 联电阻的连接方式是多种多样的，但是最基本的连接方式是串联和并联。1.3.1 电阻的串联如果电路中有两个或者两个以上的电阻依次顺序相连，并且这些电阻中通过同一电流，这样的连接方法就称为电阻的串联。图1-1 0（a）所示为两个电阻的串联电路。两个串联的电阻可以用一个等效电阻R代替，如图1-1 0（b）所示，等效电阻等于各个串联电阻之和，即R=R1+R2图1-1 0 电阻的串联及其等效电阻（a）电阻的串联；（b）等效电阻假设流过两个电阻的电流为I，两个串联电阻上的总电压为U，则两个串联电阻上的电压分别为U1=IR1=UR1+R2R1U2=IR2=UR1+R2R2可见，串联电阻上的电压分配与电阻成正比。当其中一个电阻的阻值与其他电阻的阻值相比小很多时，该电阻上分配的电压与其他电阻相比也小得多，因此，这个电阻的分压作用可以忽略。在实际中，电阻串联的应用很多。如果需要调节电路中的电流大小，可以在电路中串联一个滑动变阻器来实现；如果负载的额定电压小于电源电压，可以串联适当大小的电阻进行分压，保护负载；如果想得到不同的输出电压，也可以通过串联电阻来实现。【例1-2】现有一表头，满刻度电流IQ=5 0A，表头的电阻RG=3k，若要改装成量程为1 0V的电压表，试问应串联一个多大的电阻？解 当表头满刻度时，它的端电压为UG=IQRG=5 01 0-631 03=0.1 5（V）4电工电子技术及应用设量程扩大到1 0V时所需串联的电阻为R，则R上分得的电压为UR=1 0-0.1 5=9.8 5（V）故R=URIG=9.8 55 01 0-6=1 9 7（k）即应串联1 9 7k的电阻，方能将表头改装成量程为1 0V的电压表。图1-1 1 电阻的并联及其等效电阻（a）电阻的并联；（b