電工電子技術(shù)基礎(chǔ)申鳳琴演講人：日期:01電路基本理論02常用電工元器件03半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)04電工測(cè)量技術(shù)05電動(dòng)機(jī)控制原理06數(shù)字電路入門目錄CATALOGUE電路基本理論01PART電路變量與基本定律電壓是電路中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，單位為伏特（V），電流是電荷的定向移動(dòng)，單位為安培（A），需通過(guò)電壓表和電流表分別測(cè)量。電壓與電流的定義及測(cè)量歐姆定律描述電壓、電流與電阻的關(guān)系（U=IR），是分析線性電阻電路的基礎(chǔ)，適用于直流和低頻交流電路。歐姆定律及其應(yīng)用基爾霍夫電流定律（KCL）指出節(jié)點(diǎn)電流代數(shù)和為零，電壓定律（KVL）指出回路電壓代數(shù)和為零，是復(fù)雜電路分析的核心工具?；鶢柣舴蚨傻慕馕鲭姽β蔖=UI表示單位時(shí)間電能轉(zhuǎn)換速率，能量W=Pt用于計(jì)算電路耗能，需區(qū)分吸收功率與釋放功率的符號(hào)規(guī)則。功率與能量計(jì)算直流電路分析方法以節(jié)點(diǎn)電位為變量，減少方程數(shù)量，尤其適合多支路少節(jié)點(diǎn)的電路，需注意參考節(jié)點(diǎn)的選取與自導(dǎo)納、互導(dǎo)納的計(jì)算。節(jié)點(diǎn)電壓法的優(yōu)勢(shì)

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通過(guò)求開(kāi)路電壓、短路電流和等效電阻，將復(fù)雜二端網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為電壓源串聯(lián)電阻（戴維南）或電流源并聯(lián)電阻（諾頓）形式。戴維南與諾頓等效變換設(shè)定各支路電流參考方向，列寫KCL和KVL方程，聯(lián)立求解線性方程組，適用于任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流電路。支路電流法的步驟線性電路中多電源共同作用的響應(yīng)等于各電源單獨(dú)作用響應(yīng)的代數(shù)和，僅適用于電壓、電流分析，不適用于功率計(jì)算。疊加定理的適用條件正弦交流電路特性幅值、角頻率和初相位完整描述正弦信號(hào)，瞬時(shí)值表達(dá)式為u(t)=Um·sin(ωt+φ)，有效值為幅值的1/√2倍。正弦量的三要素表示01將時(shí)域正弦量轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)域相量（如U=U∠φ），利用復(fù)數(shù)運(yùn)算簡(jiǎn)化交流電路分析，適用于同頻率正弦穩(wěn)態(tài)電路。相量法的運(yùn)算原理02阻抗Z=R+jX綜合電阻與電抗特性，導(dǎo)納Y=G+jB為阻抗倒數(shù)，用于描述元件對(duì)交流信號(hào)的阻礙與相位影響。阻抗與導(dǎo)納的概念03當(dāng)感抗等于容抗時(shí)發(fā)生串聯(lián)諧振（阻抗最?。┗虿⒙?lián)諧振（阻抗最大），具有選頻特性，廣泛應(yīng)用于濾波與調(diào)諧電路。諧振電路的條件與特性04常用電工元器件02PART電阻特性電阻是阻礙電流流動(dòng)的被動(dòng)元件，其阻值由材料、長(zhǎng)度、橫截面積和溫度決定，遵循歐姆定律（U=IR），在電路中主要用于分壓、限流和能量消耗。電容特性電容是儲(chǔ)存電荷的元件，由兩塊導(dǎo)體板間夾絕緣介質(zhì)構(gòu)成，其容值與極板面積、間距和介質(zhì)介電常數(shù)相關(guān)，具有隔直通交的特性，常用于濾波、耦合和能量存儲(chǔ)。電感特性電感是抵抗電流變化的元件，由導(dǎo)線繞制成線圈形成，其感量與線圈匝數(shù)、截面積和磁芯材料有關(guān)，具有通直阻交的特性，廣泛應(yīng)用于振蕩、濾波和能量轉(zhuǎn)換電路。電阻/電容/電感特性變壓器工作原理變壓器基于法拉第電磁感應(yīng)定律，通過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的磁耦合實(shí)現(xiàn)電壓變換，能量傳遞依賴交變磁場(chǎng)而非直接電連接。電磁感應(yīng)原理輸出電壓與輸入電壓之比等于次級(jí)線圈匝數(shù)與初級(jí)線圈匝數(shù)之比（V?/V?=N?/N?），升壓或降壓通過(guò)調(diào)整匝數(shù)比實(shí)現(xiàn)。匝數(shù)比與電壓關(guān)系實(shí)際變壓器存在銅損（線圈電阻發(fā)熱）和鐵損（磁滯與渦流損耗），設(shè)計(jì)時(shí)需選用高導(dǎo)磁率硅鋼片和低電阻率導(dǎo)線以提高效率。效率與損耗03繼電器與開(kāi)關(guān)器件02固態(tài)繼電器優(yōu)勢(shì)相比機(jī)械繼電器，固態(tài)繼電器（SSR）無(wú)觸點(diǎn)磨損，響應(yīng)速度快，壽命長(zhǎng)，適用于高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)景，但需注意散熱設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)器件選型根據(jù)負(fù)載類型（阻性、感性、容性）和電流等級(jí)選擇開(kāi)關(guān)器件，如MOSFET適合高頻低壓，IGBT適用于高壓大電流，機(jī)械開(kāi)關(guān)則需考慮滅弧能力。01繼電器工作原理繼電器利用電磁鐵控制機(jī)械觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，小電流驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引銜鐵，從而接通或斷開(kāi)大電流回路，實(shí)現(xiàn)電路隔離與自動(dòng)控制。半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)03PART二極管特性與應(yīng)用單向?qū)щ娦远O管在正向電壓（陽(yáng)極電位高于陰極）時(shí)導(dǎo)通，呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)；反向電壓時(shí)截止，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。這一特性使其廣泛應(yīng)用于整流、開(kāi)關(guān)和隔離電路中。伏安特性曲線正向?qū)〞r(shí)存在死區(qū)電壓（硅管約0.5V，鍺管約0.1V），超過(guò)后電流急劇上升；反向電壓超過(guò)擊穿電壓時(shí)會(huì)發(fā)生雪崩擊穿或齊納擊穿，需通過(guò)限流電阻保護(hù)器件。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括電源整流（將交流轉(zhuǎn)為直流）、信號(hào)鉗位（限制電壓幅值）、續(xù)流保護(hù)（避免感性負(fù)載產(chǎn)生高壓尖峰）以及發(fā)光二極管（LED）等特種功能器件。電流放大作用工作區(qū)劃分偏置電路設(shè)計(jì)三極管放大原理三極管通過(guò)基極微小電流控制集電極較大電流，共射極放大電路中電流放大倍數(shù)β（hFE）可達(dá)幾十至幾百倍，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能。分為截止區(qū)（發(fā)射結(jié)反偏）、放大區(qū)（發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏）和飽和區(qū)（雙結(jié)正偏），放大電路需靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定在放大區(qū)中心以避免失真。采用分壓式偏置或固定偏置電路，配合發(fā)射極電阻引入直流負(fù)反饋，以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)并抑制溫度漂移對(duì)放大性能的影響?；菊鳛V波電路半波整流電路僅利用交流電正半周，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但輸出脈動(dòng)大、效率低，適用于小功率場(chǎng)合，需并聯(lián)濾波電容降低紋波系數(shù)。01橋式全波整流四只二極管組成電橋，正負(fù)半周均導(dǎo)通，輸出電壓平均值是半波整流的2倍，且紋波頻率加倍，更利于后續(xù)濾波。02π型LC濾波在整流后接入電感（抑制高頻紋波）與電容（平滑電壓）組成的多級(jí)濾波網(wǎng)絡(luò)，可顯著降低輸出直流電壓的交流成分，適用于高精度電源需求。03電工測(cè)量技術(shù)04PART萬(wàn)用表操作規(guī)范安全操作注意事項(xiàng)測(cè)量高電壓或大電流時(shí)，必須選擇相應(yīng)量程并佩戴絕緣手套，禁止在帶電狀態(tài)下切換檔位，以防電弧或設(shè)備損壞。數(shù)據(jù)讀取與記錄測(cè)量時(shí)應(yīng)保持表筆與被測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定接觸，待顯示屏數(shù)值穩(wěn)定后記錄結(jié)果，注意區(qū)分交流/直流模式及單位換算（如mV/V、kΩ/MΩ）。測(cè)量前檢查與校準(zhǔn)使用前需確認(rèn)萬(wàn)用表電池電量充足，功能旋鈕處于正確檔位，并進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，避免因設(shè)備誤差導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。示波器測(cè)量方法正確連接探頭至被測(cè)電路，調(diào)整垂直靈敏度（V/div）和時(shí)基（s/div），設(shè)置觸發(fā)模式（邊沿、脈沖或視頻觸發(fā)）以穩(wěn)定波形顯示。信號(hào)接入與觸發(fā)設(shè)置通過(guò)光標(biāo)功能測(cè)量峰峰值、頻率、占空比等參數(shù)，結(jié)合FFT功能分析諧波成分，注意消除探頭衰減比和接地環(huán)路干擾的影響。波形參數(shù)分析利用X-Y模式觀察相位關(guān)系，通過(guò)存儲(chǔ)功能捕獲瞬態(tài)信號(hào)，或使用數(shù)學(xué)運(yùn)算功能實(shí)現(xiàn)波形疊加、微分積分等處理。高級(jí)功能應(yīng)用功率與電能計(jì)量電能表安裝與校驗(yàn)電能表需按規(guī)范接線（直接接入或經(jīng)互感器接入），定期校驗(yàn)誤差范圍（如±0.5%），注意防止電流互感器二次側(cè)開(kāi)路或電壓互感器短路。03諧波功率分析非線性負(fù)載下需使用專用儀表測(cè)量諧波功率分量，評(píng)估總諧波失真率（THD），避免因諧波導(dǎo)致計(jì)量偏差或設(shè)備過(guò)熱。0201單相與三相功率測(cè)量采用功率表或鉗形表測(cè)量有功功率（P=UIcosφ），三相系統(tǒng)需區(qū)分星形/三角形接法，平衡負(fù)載時(shí)可使用兩表法簡(jiǎn)化測(cè)量。電動(dòng)機(jī)控制原理05PART單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)單相電動(dòng)機(jī)定子通常采用主繞組和輔助繞組結(jié)構(gòu)，主繞組產(chǎn)生主磁場(chǎng)，輔助繞組通過(guò)電容或電阻分相啟動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以克服單相供電無(wú)法自啟動(dòng)的缺陷。定子繞組設(shè)計(jì)鼠籠式轉(zhuǎn)子是單相電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)選擇，其導(dǎo)條與端環(huán)構(gòu)成閉合回路，依靠感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且維護(hù)成本低。轉(zhuǎn)子類型離心開(kāi)關(guān)或PTC熱敏電阻常用于單相電機(jī)啟動(dòng)階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值的70%-80%時(shí)切斷輔助繞組，避免能量損耗和繞組過(guò)熱。啟動(dòng)裝置010203三相異步電機(jī)控制軟啟動(dòng)器應(yīng)用直接啟動(dòng)與降壓?jiǎn)?dòng)通過(guò)改變電源頻率調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，同時(shí)配合矢量控制算法可提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)效率，適用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等高精度場(chǎng)景。小功率電機(jī)可采用直接啟動(dòng)，但大功率電機(jī)需通過(guò)星-三角轉(zhuǎn)換或自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，以限制啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊（通常為額定電流的5-7倍）。采用晶閘管調(diào)壓技術(shù)逐步提升電機(jī)端電壓，平滑啟動(dòng)過(guò)程，減少機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)皮帶、齒輪等傳動(dòng)部件壽命。123變頻調(diào)速技術(shù)保護(hù)電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)短路與接地故障保護(hù)熔斷器或斷路器需匹配電機(jī)額定電流的2-2.5倍，確保短路時(shí)快速分?jǐn)?；絕緣監(jiān)測(cè)裝置可檢測(cè)定子繞組對(duì)地絕緣電阻，預(yù)防漏電事故。過(guò)載保護(hù)通過(guò)熱繼電器或電子過(guò)流繼電器監(jiān)測(cè)電流，當(dāng)持續(xù)超載時(shí)切斷電源，防止繞組絕緣層因溫升過(guò)高而老化失效，保護(hù)閾值通常設(shè)定為額定電流的1.1-1.25倍。缺相保護(hù)三相異步電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致剩余兩相電流激增，采用電壓繼電器或電流不平衡檢測(cè)電路可在200ms內(nèi)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，避免燒毀電機(jī)。數(shù)字電路入門06PART邏輯門電路功能4異或門（XORGate）3非門（NOTGate）2或門（ORGate）1與門（ANDGate）當(dāng)輸入信號(hào)電平相異時(shí)輸出高電平，用于比較器、加法器和數(shù)據(jù)加密等關(guān)鍵模塊。執(zhí)行邏輯“或”運(yùn)算，任一輸入信號(hào)為高電平即輸出高電平，適用于多路信號(hào)選通或優(yōu)先級(jí)控制場(chǎng)景。完成邏輯“非”運(yùn)算，輸出與輸入信號(hào)相反的電平，廣泛用于信號(hào)反相和波形整形電路。實(shí)現(xiàn)邏輯“與”運(yùn)算，僅當(dāng)所有輸入信號(hào)均為高電平時(shí)輸出高電平，常用于數(shù)據(jù)校驗(yàn)和條件判斷電路設(shè)計(jì)。組合邏輯電路分析通過(guò)列舉所有輸入組合對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)，系統(tǒng)化分析電路功能，適用于簡(jiǎn)單邏輯關(guān)系的驗(yàn)證與設(shè)計(jì)。真值表法利用圖形化工具簡(jiǎn)化邏輯表達(dá)式，減少冗余門電路數(shù)量，提升電路運(yùn)行效率與可靠性?？ㄖZ圖優(yōu)化因信號(hào)傳輸延遲導(dǎo)致瞬時(shí)錯(cuò)誤輸出，需通過(guò)添加冗余項(xiàng)或調(diào)整時(shí)序消除，確保電路穩(wěn)定性。競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象包括編碼器、譯碼器、多路選擇器等，需結(jié)合具體功能需求設(shè)計(jì)