太原理工電工電子技術(shù)課件cha

太原理工電工電子技術(shù)課件本課件介紹電工電子技術(shù)的基本原理和實(shí)踐應(yīng)用。它涵蓋電路分析、電子元件、數(shù)字邏輯電路、模擬電路等內(nèi)容，并提供豐富的案例和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。緒論電工電子技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，與人們的生活息息相關(guān)。本課程介紹電工電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。電工電子技術(shù)的基本概念電工技術(shù)研究電能的產(chǎn)生、傳輸、分配、利用和控制的理論和技術(shù)的學(xué)科。例如，發(fā)電站、變電站、配電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、電氣控制等。電子技術(shù)研究電子器件、電路和系統(tǒng)的理論和技術(shù)的學(xué)科。例如，二極管、三極管、集成電路、微處理器、計(jì)算機(jī)等。電能的基本形式和特點(diǎn)11.電能的形式電能是多種形式的能量轉(zhuǎn)化而來(lái)，如機(jī)械能、熱能、化學(xué)能等。其本質(zhì)上是電荷的運(yùn)動(dòng)，電荷的移動(dòng)形成電流。22.電能的特點(diǎn)電能是一種高效、方便、清潔的能源，易于傳輸和轉(zhuǎn)化，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如工業(yè)生產(chǎn)、生活照明、交通運(yùn)輸?shù)取?3.電能的應(yīng)用電能可轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能、光能、機(jī)械能等，為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。44.電能的意義電能是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的重要能源，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用。2.電路基礎(chǔ)電路是電子元件、導(dǎo)線(xiàn)等組成的閉合路徑，用于傳輸和控制電能。電路基礎(chǔ)是電工電子技術(shù)的核心，涵蓋電路的基本概念、分析方法和應(yīng)用技巧。電阻的概念和分類(lèi)電阻的概念電阻是電路中阻礙電流流動(dòng)的性質(zhì)，用符號(hào)R表示，單位是歐姆(Ω)。電阻的分類(lèi)電阻可分為固定電阻和可變電阻，固定電阻阻值固定，可變電阻阻值可通過(guò)調(diào)節(jié)改變。電阻的應(yīng)用電阻廣泛應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)中，例如限流、分壓、濾波等。電容的概念和分類(lèi)基本概念電容是電子元件的一種，能夠儲(chǔ)存電能。電容由兩塊平行金屬板構(gòu)成，中間隔以絕緣介質(zhì)。分類(lèi)電容可分為固定電容和可變電容。根據(jù)介質(zhì)的類(lèi)型，可以分為陶瓷電容、電解電容、薄膜電容等。電感的概念和分類(lèi)電感線(xiàn)圈電感器是用來(lái)儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件，通常由線(xiàn)圈繞制而成。電感線(xiàn)圈的特性取決于線(xiàn)圈的形狀、尺寸、繞線(xiàn)材料以及線(xiàn)圈之間的距離。電感符號(hào)電感的符號(hào)通常用字母L表示。電感的基本單位是亨利（H）。固定電感固定電感具有固定電感值的電感器。常見(jiàn)的固定電感類(lèi)型包括磁芯電感和空芯電感?？勺冸姼锌勺冸姼惺侵妇哂锌烧{(diào)節(jié)電感值的電感器。通常通過(guò)改變線(xiàn)圈的匝數(shù)或改變線(xiàn)圈的磁芯來(lái)實(shí)現(xiàn)電感的調(diào)節(jié)。3.直流電路直流電路是電子技術(shù)的基礎(chǔ)，在各種電子設(shè)備中都有廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)直流電路的知識(shí)，可以幫助理解電子設(shè)備的工作原理，并為學(xué)習(xí)更復(fù)雜的電路打下基礎(chǔ)。歐姆定律及其應(yīng)用歐姆定律歐姆定律是電路分析的基礎(chǔ)，描述了電流、電壓和電阻之間的關(guān)系。它指出在恒定溫度下，導(dǎo)體的電流與電壓成正比，與電阻成反比。應(yīng)用歐姆定律廣泛應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)和分析，例如計(jì)算電路中的電流、電壓或電阻。它還可以用于計(jì)算功率和能量消耗。串并聯(lián)電路的分析電路簡(jiǎn)化串聯(lián)電路中，電流相同，電壓之和等于電源電壓。并聯(lián)電路中，電壓相同，電流之和等于總電流。電流電壓分析利用歐姆定律和基爾霍夫定律，可以分析串并聯(lián)電路中各支路電流和電壓。等效電路將復(fù)雜的串并聯(lián)電路簡(jiǎn)化為等效電路，方便計(jì)算和分析。電路參數(shù)計(jì)算根據(jù)電路簡(jiǎn)化和分析結(jié)果，可以計(jì)算電路的總電阻、總電流、總電壓等參數(shù)。電橋電路的分析和測(cè)試1惠斯通電橋平衡狀態(tài)：兩臂電阻乘積相等2測(cè)量電阻精確測(cè)量未知電阻值3測(cè)試方法調(diào)節(jié)電橋臂，使電流為零4應(yīng)用廣泛用于電子測(cè)量領(lǐng)域惠斯通電橋是最常用的電橋電路之一，其原理是通過(guò)測(cè)量電橋兩臂之間的電位差來(lái)判斷未知電阻的值。電橋的平衡狀態(tài)是指當(dāng)橋路兩臂的電壓差為零時(shí)，即橋路處于平衡狀態(tài)。該狀態(tài)下，兩臂的電阻乘積相等，可用于精確測(cè)量未知電阻值?；菟雇姌虻臏y(cè)試方法一般通過(guò)調(diào)節(jié)電橋臂，使電流為零，此時(shí)橋路處于平衡狀態(tài)，即可計(jì)算出未知電阻值?；菟雇姌驈V泛應(yīng)用于電子測(cè)量領(lǐng)域，例如：測(cè)量電阻值，校準(zhǔn)儀表等。4.交流電路交流電路是電工電子技術(shù)中不可或缺的一部分，涵蓋了各種重要概念和應(yīng)用。本節(jié)將深入探討交流電的特性、電抗器在交流電路中的作用，以及功率因數(shù)的概念和改善方法。正弦交流電的特性周期性變化正弦交流電的電壓和電流大小隨時(shí)間周期性變化，呈現(xiàn)正弦波形。頻率交流電每秒鐘完成的周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。有效值正弦交流電的有效值表示交流電在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與相同大小的直流電產(chǎn)生的熱量相等。相位描述正弦交流電的電壓和電流在時(shí)間上的相對(duì)位置，表示兩者的相位差。電抗器在交流電路中的作用阻抗電抗器阻礙交流電通過(guò)的能力被稱(chēng)為阻抗，單位是歐姆。相位差電抗器會(huì)使電流和電壓之間產(chǎn)生相位差，導(dǎo)致電流滯后電壓。濾波電抗器可以用來(lái)濾除交流電路中的特定頻率信號(hào)，起到濾波的作用。儲(chǔ)能電抗器可以?xún)?chǔ)存電能，用于提高電路效率或改善功率因數(shù)。功率因數(shù)及其改善11.功率因數(shù)概念功率因數(shù)反映電路中有效功率與視在功率之比，值在0到1之間，越大越好。22.功率因數(shù)低的影響功率因數(shù)低會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)路損耗增大、設(shè)備效率降低、電能浪費(fèi)等問(wèn)題。33.改善功率因數(shù)的方法可以通過(guò)添加電容器等措施，提高電路的功率因數(shù)，降低電能損耗，提高效率。44.改善功率因數(shù)的意義提高功率因數(shù)能夠節(jié)約能源、降低成本、提高設(shè)備利用率，對(duì)電力系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)都有重要意義。5.半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體材料具有獨(dú)特的導(dǎo)電特性，使其能夠控制電流，實(shí)現(xiàn)放大、開(kāi)關(guān)等功能。二極管的工作原理及應(yīng)用二極管結(jié)構(gòu)二極管由PN結(jié)構(gòu)成，PN結(jié)是P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間的界面。二極管的偏置二極管的工作狀態(tài)分為正向偏置和反向偏置。二極管的應(yīng)用整流電路開(kāi)關(guān)電路限幅電路穩(wěn)壓電路三極管的工作原理及應(yīng)用三極管的工作原理三極管是半導(dǎo)體器件，具有放大電流的能力。三極管根據(jù)材料類(lèi)型分為NPN型和PNP型。PN結(jié)分別處于截止、放大和飽和三種工作狀態(tài)。三極管通過(guò)控制基極電流，從而控制集電極電流，實(shí)現(xiàn)電流放大。基極電流很小，但可以控制集電極電流的變化。三極管的應(yīng)用三極管廣泛應(yīng)用于電子電路中，如放大電路、開(kāi)關(guān)電路、振蕩電路等。三極管可以用來(lái)放大音頻信號(hào)，使微弱的信號(hào)變得更強(qiáng)，從而驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播放音頻。集成電路的基本概念集成電路是指將多個(gè)電子元器件以微型化、一體化的形式集成在半導(dǎo)體晶片上。集成電路的出現(xiàn)，極大地提高了電子產(chǎn)品的可靠性、性能和集成度，并降低了成本。集成電路技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展。6.電子電路基礎(chǔ)電子電路是電工電子技術(shù)的核心，它利用電子器件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理、放大、轉(zhuǎn)換等功能。電子電路是現(xiàn)代科技的基石，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化等領(lǐng)域。放大電路的工作原理信號(hào)放大放大電路通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，輸出信號(hào)幅度得到增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大作用。電流放大放大電路可以將輸入信號(hào)的電流放大，使輸出電流大于輸入電流，從而實(shí)現(xiàn)電流放大。電壓放大放大電路還可以將輸入信號(hào)的電壓放大，使輸出電壓大于輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)電壓放大。功率放大放大電路不僅可以放大信號(hào)的電流和電壓，還可以同時(shí)放大信號(hào)的功率，使輸出功率大于輸入功率。開(kāi)關(guān)電路的工作原理開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)電路主要用于控制電路的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的開(kāi)啟和關(guān)閉。信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路可以根據(jù)輸入信號(hào)的變化，控制輸出信號(hào)的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。邏輯運(yùn)算開(kāi)關(guān)電路可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，例如“與”、“或”、“非”等邏輯運(yùn)算，構(gòu)成邏輯電路。電源電路的工作原理1直流電源直流電源將交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，為電子設(shè)備提供能量。2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路通過(guò)反饋機(jī)制，保持輸出電壓穩(wěn)定，即使輸入電壓波動(dòng)，也能提供穩(wěn)定的直流電壓。3濾波電路濾波電路消除電源輸出中的交流成分，使輸出電壓更純凈，減少噪聲。4保護(hù)電路保護(hù)電路防止過(guò)流、過(guò)壓、短路等故障，確保電路安全運(yùn)行。7.自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本部分將探討自動(dòng)控制技術(shù)的原理、應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理11.閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)以反饋的方式實(shí)現(xiàn)精確控制，通常包括控制器、執(zhí)行器、傳感器、被控對(duì)象和反饋環(huán)節(jié)。22.誤差信號(hào)傳感器檢測(cè)被控對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)。33.控制器的作用控制器接收誤差信號(hào)，根據(jù)控制算法，輸出控制信號(hào)，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，改變被控對(duì)象的輸出。44.反饋環(huán)節(jié)傳感器將被控對(duì)象的輸出反饋到控制器，形成閉環(huán)，不斷調(diào)整控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。PID控制器的工作原理比例控制比例控制根據(jù)偏差的大小來(lái)調(diào)整輸出。偏差越大，輸出越大，反之亦然。積分控制積分控制用來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差。它累積了過(guò)去的偏差，并根據(jù)累積的偏差值調(diào)整輸出。微分控制微分控制用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)偏差。它根據(jù)偏差的變化率調(diào)整輸出，從而提前抑制偏差的增長(zhǎng)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，它將各種傳感器、執(zhí)行器、控制器等設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息采集、處理和控制。網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)采用數(shù)字通信技術(shù)，以高速、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，提高系統(tǒng)效率和可靠性。生產(chǎn)效率現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化生產(chǎn)流程。課程總結(jié)回顧課程內(nèi)容，重點(diǎn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)總結(jié)學(xué)習(xí)成果，并提出課程學(xué)習(xí)建議重點(diǎn)知識(shí)回顧電工電子技術(shù)基礎(chǔ)理解電能的基本概念、電阻、電容、電感等基本元件的特性。直流電路掌握歐姆定律、串并聯(lián)電路的分析方法，并了解電橋電路的應(yīng)用。交流電路理解正弦交流電的特性，掌握電抗器在交流電路中的作用，以及功率因數(shù)的概念和改善方法。半導(dǎo)體器件了解二極管和三極管的工作原理，并掌握集成電路的基本概念。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)總結(jié)實(shí)踐操作通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，加深對(duì)電工電子技術(shù)原理的理解。學(xué)