电工电子学综述论文施俊杰

合肥学院化学材料与工程系第1页共14页合肥学院化学材料与工程系电工电子学——综述论文12级化工3班施俊杰合肥学院化学材料与工程系第2页共14页电工电子概述作为非电类专业的我们为什么要学电工电子,说实话,对于这我一直很纳闷,知道我那天上网百度了一下电工电子才知道了它的重要性。电工电子这门学科在国内具有很高的学术地位和广泛的影响。九五期间，该学科始终关注国际上电工理论与新技术研究领域的前沿，并结合我国电力工业实际和发展需要，在电力系统电磁兼容、电磁场理论及其应用、电网络理论分析与电力信息分析、现代电磁测量、电气设备状态监测和故障诊断技术基础等研究领域开展了卓有成效的研究，并取得了一批高水平的科研成果。除此之外，它还与我们的生活息息相关，它应用于我们周遭大部分的工具，各种电路，各种网络等等。而我们接触的这本是一个与现行教材有较大差别的电工电子，它是一种探索，抑或是一种创新，它将电路和电子技术、模拟电子技术和数字电子技术、电子技术和测量、控制等内容作适当的交叉和结合。全书还包括电路和电路元件、电路分析基础、分立元件基本电路、数字集成电路、集成运算放大器、波形产生和变换、测量和数据采集系统，功率电子电路、变压器和电动机、电子控制技术等内容，在我看来，这样的内容体系有以下优点：（1）电路和电子技术适当结合。在第一章电路元件中就介绍二级管、晶体管及它们的模型，于是在第二章中就可对含有这些元件的电路进行分析，为后面学习电子技术打好较好的基础。合肥学院化学材料与工程系第3页共14页(2)适当加强数字电子技术，将模拟和数字电子技术的内容适当交叉。在第三章分立元件基本电路中既介绍基本放大电路，又介绍基本门电路。接着在第四章就讲数字集成电路，并增加了可编程逻辑器件和半导体存贮器等内容。在第六、七章中，则同时含有模拟和数字电子技术的内容。(3)加强知识的综合和应用系统的介绍。比如将测量和数据采集系统专门列为一章，从系统的基本组成出发，介绍了传感器、有源波、测量放大、模拟开关、取样保持、模拟转换、数模转换等单元电器，最后给出非电量测量系统的实例。（4）适当反映近代电力电子技术的发展。增加了绝缘门极双极型晶体管、无源逆交、交流调压及变频、直流调压等内容，并将低频功率放大、直流稳压电源、半导体变流电路等内容安排为功率电子电路一章（5）增加了电子控制方面的内容。在电气控制技术一章中增加了固态继电器、可编程序控制器、异步电动机的软启动及变频调速等，并将变压器，电动机及电子控制安排在电子技术之后，以便于对这些内容的介绍。接下来我们就深入看一下我们电工电子里面的学习内容：一、电工电子基本理论电工基础理论：一、直流电路1①电路的定义:就是电流通过的途径合肥学院化学材料与工程系第4页共14页②电路的组成:电路由电源、负载、导线、开关组成③内电路:负载、导线、开关④外电路:电源内部的一段电路2负载:所有电器3电源:能将其它形式的能量转换成电能的设备4基本物理量：电流，电压、电动势，电阻5①部分电路欧姆定律:电路中通过电阻的电流，与电阻两端所加的电压成正比,与电阻成反比,称为部分欧姆定律.计算公式为U=IR②全电路欧姆定律:在闭合电路中(包括电源),电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路中负载电阻及电源内阻之和成反比,称全电路欧姆定律。6电路的连接：串连、并连、混连7电功①电流所作的功叫做电功,用符号“A”表示.电功的大小与电路中的电流、电压及通电时间成正比,计算公式为A=UIT=I2RT电功及电能量的单位名称是焦耳,用符号“J”表示;也称千瓦/时,用符号“KWH”表示.1KWH=3.6MJ电功率②电流在单位时间内所作的功叫电功率,用符号“P”表示.电功单位名称为“瓦”或“千瓦”,用符号“W”或“KW”表示;也可称“马力.1马力=736W1KW=1.36马力合肥学院化学材料与工程系第5页共14页8电流的热效应、短路①电流的热效应定义:电流通过导体时,由于自由电子的碰撞,电能不断的转变热能.这种电流通过导体时会发生热的现象,称为电流的热效应②短路定义:电源通向负载的两根导线,不以过负载而相互直接接通.该现象称之为短路.短路分析:电阻(R)变小,电流(I)加大,用公式表示为短路的危害:温度升高,烧毁设备,发生火灾;产生很大的动力,烧毁电源,电网破裂.保护措施:安装自动开关;安装熔断器.二、交流电路1、单相交流电路①定义:所谓交流电即指其电动势、电压及电流的大小和方向都随时间按一定规律作周期性的变化,又叫正磁交流电.②单相交流电的产生:线圈在磁场中运动旋转,旋转方向切割磁力线,产生感应电动势.③单相交流发电机:只有一个线圈在磁场中运动旋转,电路里只能产生一个交变电动势,叫单相交流发电机.由单相交流发电机发出的电简称为单相交流电.2交流电与直流电的比较:输送方便、使用安全，价格便宜。3交流电的基本物理量:瞬时值与最大值，周期、频率和角频率，相位、初相位、相位差纯电阻电路：负载的电路，其电感和电容略去不计称为纯电阻电路。纯电感电路：由电感组成的电路称为纯合肥学院化学材料与工程系第6页共14页电感电路。纯电容电路：将电容器接在交流电源上组成的电路并略去电路中的一切电阻和电感．这种电路称为纯电容电路。4、三相交流电路①、三相交流电的定义：在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动，电路里就产生三个交变电动势．这样的发电机叫三相交流发电机，发出的电叫三相交流电．每一单相称为一相．②三相交流电的特点转速相同，电动势相同；线圈形状、匝数均相同，电动势的最大值（有效值）相等；三个电动势之间互存相位差；eA、eB、eC为三相对称电动势．计算公式为:eA=EmSinnteB=EmSin(wt-1200)eC=EmSin(wt-2400)③电源的连接(在实际连接中)：星形连接＂Y＂相电压：每个线圈两端的电压．相电压为220V线电压：两条相线之间的电压．线电压为380V相电流：流过每一相线圈的电流．用I相表示三角形连接＂Δ＂④三相电路的功率计算:单相有功功率：P=IU(纯电阻电路)功率因数：衡量电器设备效率高低的一个系数．用Cosø表示．.对于纯电阻电路，Cosø=1．对于非纯电阻电路，Cosø1．单相有功功率的计算公式为(将公式一般化)P=IUCosø三相有功功率：不论“Y”或＂Δ＂接法,总的功率等于各相功率之和三相总功率计算公式为；P=IAUACosø+IBUBCosø+ICUCCos=3。合肥学院化学材料与工程系第7页共14页前两章我们学习了电工电子的基本内容，而接下来我们接触的将是具体的各个部件和操作了，像分立元件和数字集成电路，在这几章里我们将学习各种特殊的电路。分立元件在我们生活中被广泛运用，主要用到消费电子、计算机及外设、网络通信，汽车电子、led显示屏等领域。它的器件也包括半导体二极管：锗二极管、硅二极管、化合物二极管等；半导体三极管：锗三极管、硅三极管、化合物三极管等；特种器件及传感器；敏感器件：压力敏感器件、磁敏器件（含霍尔器件及霍尔电路）、气敏器件、湿敏器件、离子敏感器件、声敏感器件、射线敏感器件、生物敏感器件、静电感器件等；装好的压电晶体类似半导体器件；半导体器件专用零件。数字集成电路则是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。根据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成（ULSI）电路。小规模集成电路包含的门电路在10个以内，或元器件数不超过10个；中规模集成电路包含的门电路在10～100个之间，或元器件数在100～1000个之间；大规模集成电路包含的门电路在100个以上，或元器件数在1，000～10,000个之合肥学院化学材料与工程系第8页共14页间；超大规模集成电路包含的门电路在1万个以上，或元器件数在100，000～1，000，000之间；特大规模集成电路的门电路在10万个以上，或元器件数在1，000，000～10，000，000之间。2型号组成数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。如表0—1所示为TTL74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义。3类别说明数字集成电路产品的种类很多，若按电路结构来分，可分成TTL和MOS两大系列。TTL数字集成电路是利用电子和空穴两种载流子导电的，所以又叫做双极性电路。MOS数字集成电路是只用一种载流子导电的电路，其中用电子导电的称为NMOS电路;用空穴导电的称为PMOS电路:如果是用NMOS及PMOS复合起来组成的电路，则称为CMOS电路。CMOS数字集成电路与TTL数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低，等等。因而，CMOS数字集成电路得到了广泛的应用。国家标准型号的规定，是完全参照世界上通行的型号制定的。国家标准型号中的第一个字母C代表中国;第二个字母T代表TTL，C代表CMOS。CT就是中国的TTL数字集成电路，CC就是中国的CMOS数字集成电路。其后的部分与国际通用型号完全一致。合肥学院化学材料与工程系第9页共14页[1]4一般特性TTL电路（1）电源电压范围TTL电路的工作电源电压范围很窄。S，LS，F系列为5V±5%；AS，ALS系列为5Y±10%。（2）频率特性TTL电路的工作频率比4000系列的高。标准TTL电路的工作频率小于35MHz；LS系列TTL电路的工作频率小于40MHz；ALS系列电路的工作频率小于70MHz；S系列电路的工作频率小于125MHz；AS系列电路的工作频率小于200MHz.（3）TTL电路的电压输出特性当工作电压为十5V时，输出高电平大于2.4V，输人高电平大于2.0V；输出低电平小于0.4V，输人低电平小于0.8V。（4）最小输出驱动电流标准TTL电路为16mA；LS－TTL电路为8mA；S－TTL电路为20mA；ALS－TfL电路为8mA；AS－TTL电路为⒛mA。大电流输出的TTL电路：标准TTL电路为48mA；LS－TTL电路为24mA；S－TTL电路为64mA；ALS－TTL电路为24/48mA；AS－TTL电路为48/64mA。（5）扇出能力（以带动LS-TTL负载的个数为例）标准TTL电路为40；IS－TTL电路为20；S－TTL电路为50；ALS-TTL电路为20；AS-TTL电路为50。大电流输出的TTL电路：合肥学院化学材料与工程系第10页共14页标准TTL电路为120；LS－TTL电路为60；S－TTL电路为160；ALS－TTL电路为60/120；AS－TTL电路为120/160。对于同一功能编号的各系列TTL集成电路，它们的引脚排列与逻辑功能完全相同。比如，7404，74LS04，74A504，74F04，74ALS04等各集成电路的引脚图与逻辑功能完全一致，但它们在电路的速度和功耗方面存在着明显的差别。CM0S电路（1）电源电压范围集成电路的工作电源电压范围为3～18V，74HC系列为2～6V。（2）功耗当电源电压VDD=5V时，CM0S电路的静态功耗分别是：门电路类为2.5～5μW；缓冲器和触发器类为5～20μW；中规模集成电路类为25～100μW，（3）输人阻抗CM05电路的输入阻抗只取决于输人端保护二极管的漏电流，因此输人阻抗极高，可达108～1011Ω以上。所以，CM0S电路几乎不消耗驱动电路的功率。（4）抗干扰能力因为它们的电源电压允许范围大，因此它们输出高低电平摆幅也大，抗干扰能力就强，其噪声容限最大值为45%VDD保证值可达30%VDD，电源电压越高，噪声容限值越大。（5）逻辑摆幅合肥学院化学材料与工程系第11页共14页CM0S电路输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD逻辑低电平“0”接近电源Vss，空载时，输出高电平VOH=VCC-0.05V，输出低电平VOL=0.05V。因此，CM0S电路电源利用系数最高。（6）扇