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1、无线电技术导论第二章电子元件第1页，本讲稿共51页序序 各种无线电设备(如:小到收音机、电视机、电台,大到雷达、导航、无线通讯、全球定位系统GPS,)，各种电子仪器、电子计算机和电子控制系统，都是由各种电子元件电子元件和电电子器件子器件构成的电子线路电子线路和机械结构机械结构组成的。电子元件电子元件和电电子器件子器件通常统称电子元器件电子元器件(Electronic Component&Device)或或电子元件电子元件(Electronic Component,Electronic Device)。了解电子元器件电子元器件的工作特性,并且能够正确地选用,是设计电路和制造电子设备的必要条件，是
2、专业工程技术人员必备的基础知识。第2页，本讲稿共51页序序(续续)电子元器件电子元器件 包括电阻、电容、电感、开关、电磁元件、包括电阻、电容、电感、开关、电磁元件、接插件、保险元件、晶体元件接插件、保险元件、晶体元件;半导体分立器件半导体分立器件(二极管二极管,三极管三极管)、电真空器件、集成电路、电真空器件、集成电路,。电子元器件分为电子元器件分为两类两类 无源元件无源元件(包括包括电阻、电容、电感),有源元有源元(器器)件件(包括包括晶体管、电子管等)。在进行电路分析和计算时，通常将有源器件等效成无在进行电路分析和计算时，通常将有源器件等效成无源元件和电源的某种组合源元件和电源的某种组合*
3、。因此。因此,电阻电阻、电容电容、电感电感是是电子设备中的主要基础元件。电子设备中的主要基础元件。电源电源、电阻电阻、电容电容、电感电感的特性及其电压电流关系的特性及其电压电流关系(伏伏安特性安特性),有源器件的等效处理方法有源器件的等效处理方法,是分析和计算电路的基是分析和计算电路的基础知识。础知识。第3页，本讲稿共51页第一节第一节 电阻元件电阻元件电阻（电阻（Resistance）一.电阻的工作性质电阻的工作性质:在电路中对电荷运动起阻碍作用，在电路中对电荷运动起阻碍作用，是耗能元件是耗能元件(将消耗的电能转换成热能)。按国际制按国际制(SI),电阻的符号电阻的符号:R,电阻的单位电阻的
4、单位:欧姆欧姆()二二.电阻的电阻的电压电流关系电压电流关系(伏安特性伏安特性):):t时刻时刻,通过电阻通过电阻R的交流电的交流电 瞬时值瞬时值i iR,v vR遵从欧姆定律遵从欧姆定律 即即:i iR=v vR/R 或写作或写作:i iR(t)=v vR(t)/R第4页，本讲稿共51页正弦交流电通过电阻电路正弦交流电通过电阻电路若通过电阻若通过电阻R的交流电压为的交流电压为:v v=Vmsint (2-7)根据欧姆定律根据欧姆定律 则则 i i=式中Vm为电压最大值,Im=Vm/R为电流最大值比较(2-7)可知可知,电压与电流同时达到峰值和零电压与电流同时达到峰值和零,频率、相位相同。频率
5、、相位相同。有效值有效值 I,V 有效值也遵从欧姆定律。有效值也遵从欧姆定律。第5页，本讲稿共51页电阻是耗能元件电阻是耗能元件(将消耗的电能转换成热能)电阻的瞬时功率电阻的瞬时功率 t时刻时刻,电阻电阻R消耗的电功率消耗的电功率-瞬时功率瞬时功率p p p p=v v i i v v=Vmsint，i i=Imsint 则，则，p p=Vmsint Imsint=Vm Imsin2t=Pmsin2t (2-12)式中Pm为最大功率(电功率峰值),Pm=Vm Im 由(2-12)可知可知,瞬时功率瞬时功率p p 随时间变化，随时间变化，并且，由于并且，由于v v,i i同相，同相，瞬时功率瞬时
6、功率p0p0。物理含义：电流由电位高端流向电位低端，物理含义：电流由电位高端流向电位低端，电阻总是从电源吸收能量，并将吸收的电源能量转换成热能。电阻总是从电源吸收能量，并将吸收的电源能量转换成热能。第6页，本讲稿共51页平均功率平均功率T周期时间内周期时间内,电阻电阻R的的平均功率平均功率P p p=v v i i=Vmsint Imsint=Vm Imsin2t 有效值有效值V，I 所以，所以，P=V I 平均功率平均功率P，即有效功率(也称有功功率),习惯简称习惯简称功率功率。通常电设备铭牌上标示的功率是指通常电设备铭牌上标示的功率是指平均功率平均功率P 。灯泡灯泡40W，电烙铁电烙铁40
7、W，第7页，本讲稿共51页三.电阻的串联、并联和混联电阻的串联、并联和混联 在电路中为了满足不同的需要，电阻有不同的连接方式，在电路中为了满足不同的需要，电阻有不同的连接方式，串联和并联是两种基本方式。串联和并联是两种基本方式。1.串联串联 多个电阻依此首尾相接，这种连接方式称作串联。多个电阻依此首尾相接，这种连接方式称作串联。这种连接构成的电路没有节点、不产生支路。这种连接构成的电路没有节点、不产生支路。电阻串联电路的等效化简电阻串联电路的等效化简多个串联电阻多个串联电阻R1,R2,Rn,可等效化简为可等效化简为R 根据根据KVL,可推出可推出:R=R1+R2+Rn第8页，本讲稿共51页1.
8、串联串联(续续)串联电阻的分压作用串联电阻的分压作用V1=I R1，V2=I R2，(2-2)则 V1V,V2V,因此因此,串联电阻具有分压作用串联电阻具有分压作用。第9页，本讲稿共51页串联电阻应用示例串联电阻应用示例 例例2-1有一个电压表，其内阻有一个电压表，其内阻Rg=5k，允许通过的最大，允许通过的最大 电流电流Ig=200A。问直接用这个电压表可以测量多大的电压？。问直接用这个电压表可以测量多大的电压？如果要求用来测量如果要求用来测量10V以下的电压，则应串联多大的电阻？以下的电压，则应串联多大的电阻？解解：当当被测电压使电压表内流被测电压使电压表内流 过最大允许电流时，就是该表过
9、最大允许电流时，就是该表 的最大量程。据此可知直接用的最大量程。据此可知直接用 该表可以测量的最大电压为该表可以测量的最大电压为 Vg=Ig Rg=20010-65103=1(V)当当要求扩大量程到要求扩大量程到Vx=10V时，时，可串入电阻可串入电阻Rf。根据分压公式。根据分压公式(2-2),有有:则则 第10页，本讲稿共51页2.并联并联 多个电阻将其一端接在一起，将其另一端接在一起，多个电阻将其一端接在一起，将其另一端接在一起，这种连接方式称作并联。这种连接方式称作并联。这种连接构成的电路有节点、有支路。这种连接构成的电路有节点、有支路。电阻并联电路的等效化简电阻并联电路的等效化简 多个
10、并联电阻多个并联电阻R1,R2,Rn 可等效化简为可等效化简为R 根据根据KCL,可推出可推出:(2-3)第11页，本讲稿共51页2.并联并联(续续)并联电阻的分流作用并联电阻的分流作用 根据根据(2-3)式式,有有 (2-4)根据欧姆定律根据欧姆定律,有有 I1=V/R1，I2=V/R2，则I1I,I2I,因此因此,并联电阻具有分流作用并联电阻具有分流作用。第12页，本讲稿共51页并联电阻应用示例并联电阻应用示例 例例2-2有一个电流表，允许通过的最大电流有一个电流表，允许通过的最大电流Ig=81A，内阻，内阻 Rg=1.65k。如何用这个电压表来测量。如何用这个电压表来测量1mA及及100
11、0mA电流电流?解解：I为被测电流为被测电流 当当要求扩大量程到要求扩大量程到I=1mA时，时，则并联电阻则并联电阻 第13页，本讲稿共51页3.混联混联 多个电阻组成的电路中多个电阻组成的电路中,既有串联又有并联，这种连接既有串联又有并联，这种连接 方式称作混联。方式称作混联。这种连接构成的电路有节点、有支路。这种连接构成的电路有节点、有支路。电阻混联电路的等效化简示例电阻混联电路的等效化简示例例例2-3某音频信号源输出衰减电路如图某音频信号源输出衰减电路如图2-8所示所示,R1=R3=R5=45,R2=R4=5.5,R6=5,Vi为输入信号。计算输出电压衰减比例。为输入信号。计算输出电压衰
12、减比例。解解:R5,6=R5+R6=45+5=50(),RCO=R4R5,6=5.5505(),R3,CO=R3+RCO=45+5=50(),RBO=R2R3,CO=5.5505(),R=R1+RBO=45+5=50(),IR=Vi/R VBO=IRRBO=Vi RBO/R=Vi 5/50=Vi/10;ICO=VBO/R3,CO VCO=ICORCO=VBO RCO/R3,CO=Vi/100;IDO=VCO/R5,6 VDO=IDOR6=VCO R6/R5,6=Vi/1000 第14页，本讲稿共51页四.电阻元件的种类与选用电阻元件的种类与选用 远在远在19世纪电阻就已用于电力和弱电技术，电阻
13、世纪电阻就已用于电力和弱电技术，电阻 迄今已有迄今已有90多年的应用历史，现代全世界年产各种电多年的应用历史，现代全世界年产各种电 阻约阻约250300亿只。亿只。1.电阻的种类电阻的种类 电阻种类繁多电阻种类繁多,通常分为三类通常分为三类:固定电阻固定电阻 阻值固定的电阻阻值固定的电阻,称作固定电阻器。称作固定电阻器。非固定电阻非固定电阻 阻值在一定范围内可调的电阻阻值在一定范围内可调的电阻,称作电位器。称作电位器。特种电阻特种电阻 阻值随某种外部因素阻值随某种外部因素(温度温度,压力压力)而变化的而变化的 电阻电阻,称作特种电阻器称作特种电阻器,是非线性元件。是非线性元件。第15页，本讲稿
14、共51页四.电阻元件的种类与选用电阻元件的种类与选用(续续)2.电阻的类型与特点电阻的类型与特点 电阻产品的性能电阻产品的性能(阻值阻值,精度精度,功率功率)主要取决于其阻体材料、主要取决于其阻体材料、结构和制造工艺结构和制造工艺。根据不同。根据不同材料、结构和制造工艺材料、结构和制造工艺,电阻产品电阻产品 分为分为线绕型线绕型和和非非线绕型线绕型。线绕型电阻线绕型电阻 导电体采用电导电体采用电阻率较大的合金阻率较大的合金(如如:镍铬合金镍铬合金,锰锰 铜合金铜合金)线线,在陶瓷骨架上缠绕制作的电阻。在陶瓷骨架上缠绕制作的电阻。性能特点性能特点:耐高温耐高温(能在能在300下工作下工作),阻值
15、精度高阻值精度高 额定功率大额定功率大(4300W)噪声小噪声小 非非线绕型电阻线绕型电阻 按导电体的不同分为按导电体的不同分为薄膜型薄膜型薄膜型薄膜型和和合成型合成型合成型合成型。薄膜型电阻薄膜型电阻薄膜型电阻薄膜型电阻:导电体是在玻璃或陶瓷基体上沉积的导电薄膜导电体是在玻璃或陶瓷基体上沉积的导电薄膜,主要包括主要包括金属膜金属膜、金属氧化膜金属氧化膜和和碳膜碳膜电电阻阻 性能特点性能特点:稳定性好稳定性好 噪声小噪声小 频率特性好频率特性好 合成型电阻合成型电阻合成型电阻合成型电阻:导电体采用导电合成物导电体采用导电合成物(101011cm)压制而成压制而成。主要包括主要包括有机实芯有机实
16、芯和和金属玻璃釉金属玻璃釉电电阻。阻。性能特点性能特点:稳定性好稳定性好 噪声小噪声小 温度系数小温度系数小 高阻值高阻值第16页，本讲稿共51页3.电阻的主要技术参数电阻的主要技术参数 额定功率额定功率 电阻器长时间正常工作允许电阻器长时间正常工作允许 施加的最大功率。施加的最大功率。通常有通常有1/81/8W、1/41/4W、1/1/2W、1W、2W、5W、10W、标称阻值标称阻值 电阻器上标明的电阻阻值电阻器上标明的电阻阻值,简称标称值。简称标称值。标称值遵从标称值遵从标称值数系标称值数系。精度精度(允许偏差允许偏差)标称值与实际值的标称值与实际值的 偏差偏差,反映了电阻器的精度。反映了
17、电阻器的精度。通常用标称值与实际值的偏差率通常用标称值与实际值的偏差率 表示表示,如如:1:1 、0.50.5 、0.10.1 第17页，本讲稿共51页3.电阻的主要技术参数电阻的主要技术参数(续续)温度系数温度系数 电阻值在一定的环境温度范围内的变化率电阻值在一定的环境温度范围内的变化率,反映了电阻器的稳定性。反映了电阻器的稳定性。通常用通常用1010-6 6/或或PPM/PPM/表示。表示。所谓精密电阻器所谓精密电阻器,不仅是指其高不仅是指其高精度精度,而且要求其具有而且要求其具有 高稳定性高稳定性,即其温度系数小即其温度系数小。第18页，本讲稿共51页4.常用电阻器的特点常用电阻器的特点
18、 金属膜电阻金属膜电阻 主要采用真空蒸发工艺制造主要采用真空蒸发工艺制造,陶瓷基体陶瓷基体,导电膜为金属或合金材料。导电膜为金属或合金材料。特点特点 稳定性高稳定性高(温度系数小温度系数小,可达可达50PPM/)工作温度范围宽工作温度范围宽(-55125/155)单位面积负荷功率大单位面积负荷功率大(体积小体积小)金属引线的接触电阻小金属引线的接触电阻小 高频性能好高频性能好(分布电感和电容小分布电感和电容小)标称功率通常为标称功率通常为0.125W10W 标称阻值通常为标称阻值通常为310M 精度通常为精度通常为0.5%10%缺点缺点 由于膜层薄由于膜层薄,在脉冲负荷下稳定性变差在脉冲负荷下
19、稳定性变差第19页，本讲稿共51页4.常用电阻器的特点常用电阻器的特点(续续)金属氧化膜电阻金属氧化膜电阻 基体为基体为氧化物组成的无机材料氧化物组成的无机材料,导电膜为金属氧化物。导电膜为金属氧化物。特点特点 耐高温耐高温(耐热性好耐热性好)机械性能好机械性能好(硬度大硬度大,耐磨耐磨,不易损伤不易损伤)同一阻值下同一阻值下,由于膜层比金属膜和碳膜厚由于膜层比金属膜和碳膜厚,在脉冲负荷下稳定性好于后者在脉冲负荷下稳定性好于后者 稳定性高稳定性高(温度系数与金属膜电阻一致温度系数与金属膜电阻一致)易得到低阻值易得到低阻值 标称功率通常为标称功率通常为0.125W,0.25W,0.5W,1W,2
20、W 标称阻值通常为标称阻值通常为1200k 精度通常为精度通常为0.5%10%缺点缺点 在潮湿环境中在潮湿环境中,稳定性变差稳定性变差 金属引线的接触电阻比金属膜电阻大金属引线的接触电阻比金属膜电阻大第20页，本讲稿共51页碳膜电阻碳膜电阻 采用真空热分解工艺制造采用真空热分解工艺制造,陶瓷基体陶瓷基体,导电膜是在真空下由碳氢化合物高温分解出的碳导电膜是在真空下由碳氢化合物高温分解出的碳,沉积在陶瓷基体上形成的沉积在陶瓷基体上形成的。特点特点 温度系数为单值温度系数为单值(负值负值,-500PPM/-2000PPM/)制造工艺制造工艺简单简单 价格便宜价格便宜 阻值受电压和频率的影响小阻值受电
21、压和频率的影响小 标称功率通常为标称功率通常为0.25W10W 标称阻值通常为标称阻值通常为1010M 缺点缺点:工作温度范围窄工作温度范围窄(-55100)单位面积负荷功率小单位面积负荷功率小(体积大体积大)精度不高精度不高(通常为通常为5%,10%,20%)电性能不如金属电性能不如金属/金属氧化膜电阻金属氧化膜电阻第21页，本讲稿共51页线绕电阻线绕电阻 用金属或合金线在绝缘用金属或合金线在绝缘基体上缠绕制成基体上缠绕制成。特点特点 温度系数很低温度系数很低(目前可达目前可达1PPM/15PPM/,)稳定性高稳定性高(除内部结构变化以外除内部结构变化以外,其他老化因素很小其他老化因素很小)
22、引线引线没有接触电阻没有接触电阻 不存在非线性和电流噪声不存在非线性和电流噪声 工作温度范围宽工作温度范围宽(-55125/300)标称功率通常为标称功率通常为0.550W 标称阻值通常为标称阻值通常为0.5111M 精度通常为精度通常为0.5%,1%,2%,5%,10%缺点缺点:有分布电感和电容有分布电感和电容,高频高频(50kHz以上以上)性能差性能差 绕绕线时的拉力使线材拉长线时的拉力使线材拉长,造成线径不均匀造成线径不均匀,而且而且 每匝有一面受拉力每匝有一面受拉力,另一面受压力另一面受压力,影响稳定性。影响稳定性。第22页，本讲稿共51页5.常用电阻器型号常用电阻器型号电阻器的型号电
23、阻器的型号第23页，本讲稿共51页6.电阻器的色环标志电阻器的色环标志电阻器的色环标志电阻器的色环标志第24页，本讲稿共51页6.电阻器的色环标志电阻器的色环标志(续续)第25页，本讲稿共51页7.电阻元件的正确选用电阻元件的正确选用(1).按用途选择电阻器的种类按用途选择电阻器的种类 根据电路的性能和可靠性的要求根据电路的性能和可靠性的要求,选择性价比合适的品种选择性价比合适的品种。(2).正确选取阻值和允许偏差正确选取阻值和允许偏差 选择接近计算值的标称值。根据精度要求选择允许偏差，选择接近计算值的标称值。根据精度要求选择允许偏差，例如，万用电表，应选用例如，万用电表，应选用0.05%0.
24、05%级的精密电阻。级的精密电阻。(3).额定功率的选择额定功率的选择 选用的额定应比实际承受功率大选用的额定应比实际承受功率大1.521.52倍倍,以保证可靠性要求。以保证可靠性要求。(4).使用中应注意的问题使用中应注意的问题 在安装前，要核实阻值。在安装前，要核实阻值。在安装时，电阻的引出线不要在其根部打弯。在安装时，电阻的引出线不要在其根部打弯。焊接时，不要使电阻长时间受热。焊接时，不要使电阻长时间受热。大于大于10W的电阻器，应保证有散热的空间。的电阻器，应保证有散热的空间。第26页，本讲稿共51页电位器电位器 非固定阻值电阻器，称作电位器非固定阻值电阻器，称作电位器。电路中的电位或
25、负载需要改变时电路中的电位或负载需要改变时,常用电位器来实现。常用电位器来实现。电位器的类型与特点电位器的类型与特点 与固定阻值电阻器相同。与固定阻值电阻器相同。类型类型有有线绕型线绕型和和非非线绕型线绕型常用电位器常用电位器有：有：绕电位器（常见品种有大功率可调电位器）绕电位器（常见品种有大功率可调电位器）非绕电位器（包括：金属膜电位器和碳膜电位器非绕电位器（包括：金属膜电位器和碳膜电位器）电位器的特性与选用电位器的特性与选用 与固定阻值电阻器相同。与固定阻值电阻器相同。第27页，本讲稿共51页 特种电阻器特种电阻器熔断电阻器熔断电阻器 也称作保险丝电阻器也称作保险丝电阻器，简称简称保险丝保
26、险丝。在正常情况下使用时，具有普通电阻器的电气特性；在正常情况下使用时，具有普通电阻器的电气特性；一旦发生电路失调电源变化或者某个元器件失效时，熔断电阻一旦发生电路失调电源变化或者某个元器件失效时，熔断电阻器过负荷，就会在规定的时间内熔断开路，从而起到保护电路器过负荷，就会在规定的时间内熔断开路，从而起到保护电路的作用。的作用。熔断电阻器的种类：熔断电阻器的种类：不可修复型不可修复型不可修复型不可修复型 工作原理工作原理 当熔断电阻器过负荷造成温升当熔断电阻器过负荷造成温升,并达到某一温度时，并达到某一温度时，涂有熔断料的电阻膜层或绕阻线匝就会熔断涂有熔断料的电阻膜层或绕阻线匝就会熔断,引起电
27、阻器断路。引起电阻器断路。可修复型可修复型可修复型可修复型 工作原理工作原理 薄膜电阻器的一端采用低熔点焊料焊接一根弹性薄膜电阻器的一端采用低熔点焊料焊接一根弹性 金属片金属片(或金属丝或金属丝),过负荷造成温升过负荷造成温升,并达到这种焊料熔点温度并达到这种焊料熔点温度 时，焊点首先熔化时，焊点首先熔化,金属片金属片(或金属丝或金属丝)与与电阻器断开。排除故电阻器断开。排除故 障后障后,维修人员按照要求可将断开端重新焊接修好。维修人员按照要求可将断开端重新焊接修好。第28页，本讲稿共51页 热敏电阻器热敏电阻器 电阻值随温度的改变而发生显著变化的电阻器。电阻值随温度的改变而发生显著变化的电阻
28、器。用途用途:温度测量温度测量,电器的软启动电器的软启动,抑制晶体管电路工作点温度漂移抑制晶体管电路工作点温度漂移等等热敏电阻器的种类：热敏电阻器的种类：(1)负温度系数型（负温度系数型（负温度系数型（负温度系数型（NTCNTC）在工作温度范围内在工作温度范围内,电阻值随温度升高而减小的热敏电阻器。电阻值随温度升高而减小的热敏电阻器。通常通常NTCNTC热敏电阻器是由过渡组金属热敏电阻器是由过渡组金属(Mn,Co,Ni,Fe(Mn,Co,Ni,Fe等等)氧化物在一氧化物在一定条件下烧结形成定条件下烧结形成,具有具有P P型半导体特性型半导体特性,其其电阻率随温度升高而减小。电阻率随温度升高而减
29、小。(2)正温度系数型（正温度系数型（正温度系数型（正温度系数型（PTCPTC）在随工作温度范围内在随工作温度范围内,电阻值温度升高而增大的热敏电阻器。电阻值温度升高而增大的热敏电阻器。通常通常PTCPTC热敏电阻器采用钛酸钡热敏电阻器采用钛酸钡(BaTiO(BaTiO3 3),),在其中掺入稀土元素在其中掺入稀土元素(0.1%0.3%)(0.1%0.3%)制作而成制作而成,具有具有N N型半导体特性型半导体特性。BaTiO BaTiO3 3在常温下为绝缘体在常温下为绝缘体,具具有极高的有极高的电阻率电阻率(大于大于10108 8.cm)。当温度达到居里点。当温度达到居里点TcTc时时,其结构
30、由四方晶其结构由四方晶系转变为立方晶系系转变为立方晶系,其其电阻率跃增几个数量级电阻率跃增几个数量级(10(103 3 10 107 7)。第29页，本讲稿共51页第二节第二节 电感元件电感元件电感（电感（Inductance）一.电感的工作特性电感的工作特性 在电路中对交流电流起阻碍作用，在电路中对交流电流起阻碍作用，是储能元件是储能元件(储存磁场能量)。按国际制按国际制(SI),电感的符号电感的符号:L,电感的单位电感的单位:亨利亨利(H)二.电感的电感的电压电流关系电压电流关系 t时刻时刻,通过电感通过电感L的交流电瞬时值的交流电瞬时值i iL,v vL，电流通过一匝线圈产生的磁通量为电
31、流通过一匝线圈产生的磁通量为，设线圈为设线圈为N匝，则线圈的磁通量为匝，则线圈的磁通量为N。在在线圈中没有铁磁性材料时，线圈中没有铁磁性材料时，N i iL，N=Li iL 或或 L=N/i iL 由法拉弟电磁感应定律知，由法拉弟电磁感应定律知，线圈磁通量的变化线圈磁通量的变化 使回路产生使回路产生感应电动势感应电动势:物理含义物理含义:在在1s时间时间线圈中电流改变线圈中电流改变1A时产生的电动势为时产生的电动势为1V,线圈电感量为线圈电感量为1H。第30页，本讲稿共51页二.电感的电感的电压电流关系电压电流关系(续续)相位关系相位关系 根据根据KVL,v=v=-e eL 物理含义物理含义:
32、线圈两端线圈两端感应感应电动势与外加电压大小相等电动势与外加电压大小相等,方向相反。方向相反。设设 i=i=Imsint (2-16)v=v=(2-17)对照对照(2-16)和(2-17)知：v v和和i i 频率相同频率相同,相位超前相位超前i i 90 第31页，本讲稿共51页二.电感的电感的电压电流关系电压电流关系(续续)数值关系数值关系 (2-16)和和(2-17)式中式中,Im为电流峰值电流峰值,Vm为电压峰值电压峰值,而且Vm=Im L 电压和电流的有效值电压和电流的有效值:则有则有 (2-18)，有效值也遵从欧姆定律。有效值也遵从欧姆定律。(2-18)式中式中XL称作称作电感电抗
33、电感电抗，简称，简称感抗感抗，是交流电的电压和电流有效，是交流电的电压和电流有效 值值之比。之比。XL=L=2f L (2-19)(2-19)式说明式说明感抗感抗与电感与电感L、交流电频率、交流电频率f成正比。成正比。当当f一定时，一定时，L愈大愈大,XL愈大愈大,表征表征电感阻碍电流变化的作用电感阻碍电流变化的作用愈大；愈大；当当L一定时一定时,f愈高愈高,XL愈大愈大,表示高频交流表示高频交流电流通过电感电流通过电感愈困难愈困难,如果如果f,XL,电感电感“开路开路”,f0,XL0,电感电感“短路短路”。物理含义：电感器对电流具有物理含义：电感器对电流具有“隔交通直隔交通直”的作用。的作用
34、。第32页，本讲稿共51页三.电感电路中的功率电感电路中的功率 设设电感电路中电感电路中 i=i=Imsint 则则电感两端电压为电感两端电压为 v=v=1.瞬时功率瞬时功率 p p=v v i i=Imsint=Vm Imsint cost 有效值有效值V,I 所以，所以，p p=V I 2sint cost=VIsin2t （2-21）T周期时间内周期时间内,2.平均功率平均功率 P=物理含义：电感电路中的电阻为零，没有能量消耗，在一个周期里尽管时而物理含义：电感电路中的电阻为零，没有能量消耗，在一个周期里尽管时而 从电源吸取能量，时而又放出能量，其吸放能量之和为零从电源吸取能量，时而又放
35、出能量，其吸放能量之和为零 。这表征电感没消耗掉电源能量这表征电感没消耗掉电源能量,电感电感不是耗能元件不是耗能元件,而而是储能元件是储能元件。第33页，本讲稿共51页三.电感电路中的功率电感电路中的功率(续续)3.无功功率无功功率虽然虽然在电感电路中没有能量损耗，但是，在储能、释能过程中，在电感电路中没有能量损耗，但是，在储能、释能过程中，电感与电源之间不断地进行着能量互换。电感与电源之间不断地进行着能量互换。这种能量互换的规模通常用这种能量互换的规模通常用无功功率无功功率PQ来表征，并且规定来表征，并且规定 无功功率等于无功功率等于瞬时功率瞬时功率的最大值的最大值p pm。由（由（2-21
36、）式可知，）式可知，p pm=VI 所以，所以，PQ =（2-22）!PQ为为有效值有效值V与与I的乘积的乘积,具有功率的单位具有功率的单位,但它不具有耗能意义。但它不具有耗能意义。为了区别于有功功率，为了区别于有功功率，其单位用其单位用var表示表示。应用电磁感应原理工作的设备应用电磁感应原理工作的设备,例如变压器例如变压器,异步电机等设备异步电机等设备,都都 是依靠磁场来传输或转换能量的。是依靠磁场来传输或转换能量的。PQ反映了电感性负载与电反映了电感性负载与电 源能量互换的量值。源能量互换的量值。第34页，本讲稿共51页四四.电感元件的种类与选用电感元件的种类与选用 1.电感的种类电感的
37、种类 电感种类比较多电感种类比较多,通常分为两类通常分为两类:固定电感固定电感 电感量固定的电感电感量固定的电感,称作固定电感器。称作固定电感器。可变电感可变电感 电感量在一定范围内可调的电感电感量在一定范围内可调的电感,称作可变电感器。称作可变电感器。2.电感的类型与特点电感的类型与特点 电感产品的性能电感产品的性能(电感量电感量,精度精度,功率功率,品质因数等品质因数等)主要取决于制主要取决于制 作线材的材质、线圈匝数、线径、导磁介质、结构和制造工艺作线材的材质、线圈匝数、线径、导磁介质、结构和制造工艺。根据不同根据不同导磁介质导磁介质,电感产品分为电感产品分为空芯型空芯型空芯型空芯型和和
38、有芯有芯有芯有芯型型型型。空芯型电感空芯型电感空芯型电感空芯型电感 导磁介质为空气导磁介质为空气(导磁率导磁率=1),采用漆包线或采用漆包线或纱包线纱包线,在适当的骨架在适当的骨架(纸筒纸筒,塑料筒等塑料筒等)上绕制的电感。上绕制的电感。特点特点 电感量主要取决于线圈的直径电感量主要取决于线圈的直径、匝数及、匝数及绕制的松绕制的松 紧程度。紧程度。电感量不易做大。电感量不易做大。用途用途 音频分频电路，收音机调频等电路音频分频电路，收音机调频等电路第35页，本讲稿共51页 2.电感的类型与特点电感的类型与特点(续续)有芯型电感有芯型电感有芯型电感有芯型电感 导磁介质为磁性材料导磁介质为磁性材料
39、(常用有铁磁性金属和铁氧体常用有铁磁性金属和铁氧体 磁性材料磁性材料),采用漆包导线或采用漆包导线或纱包导线纱包导线,在磁芯、磁在磁芯、磁 环上绕制的电感。环上绕制的电感。特点特点 磁芯电感比相同体积的空芯电感的电感量大。磁芯电感比相同体积的空芯电感的电感量大。品质因数比空芯电感高。品质因数比空芯电感高。铁氧体铁氧体饱和磁感应强度低饱和磁感应强度低,只为只为金属金属磁性材料磁性材料 的的1/4左右左右,而且温度特性较差而且温度特性较差,吸湿吸湿,对其对其导磁率导磁率值值 的稳定性有影响的稳定性有影响,这种磁芯电感在航空电子设备应这种磁芯电感在航空电子设备应 用时用时,须考虑其这一特点。须考虑其
40、这一特点。用途用途 收音机磁性天线、中周，电视机行线性校正、行收音机磁性天线、中周，电视机行线性校正、行 扫描变压、中周，载波机滤波，变压器，逆变器，扫描变压、中周，载波机滤波，变压器，逆变器，第36页，本讲稿共51页电感的主要技术参数电感的主要技术参数电感量电感量L 表示电感元件自感应能力的物理量表示电感元件自感应能力的物理量,也称作自感系数。也称作自感系数。基本单位基本单位:亨利亨利(H),1H=10(H),1H=103 3mH=10mH=106 6HH 。感抗感抗XL 是反映电感元件对交流电的阻力作用的参数。是反映电感元件对交流电的阻力作用的参数。XL=2f L=2f L，单位：欧姆，单
41、位：欧姆()()。此参数电感元件手册的参数表上是查不到的。此参数电感元件手册的参数表上是查不到的。品质因数品质因数Q 是表示电感线圈品质的参数，也称作是表示电感线圈品质的参数，也称作Q Q值或优值。值或优值。线圈线圈在一定频率的交流电压下工作时，其感抗在一定频率的交流电压下工作时，其感抗XL 和等效损耗电阻和等效损耗电阻R之比，即为之比，即为Q值，值，Q=2f L/R。XL越大，R越小，则 Q值值越高。R包括包括线圈骨架及浸渍物的介质损耗、磁芯及屏蔽线圈骨架及浸渍物的介质损耗、磁芯及屏蔽 罩损耗、导线高频趋肤效应损耗罩损耗、导线高频趋肤效应损耗,不能只计直流电阻不能只计直流电阻直流电阻直流电阻
42、 电感线圈的直流电阻。电感线圈的直流电阻。可以用万用表或欧姆表直接测得。可以用万用表或欧姆表直接测得。额定电流额定电流 是指允许长时间通过是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。电感元件的直流电流值。在选用电感元件时在选用电感元件时,若电路流过电流大于额定电流值，若电路流过电流大于额定电流值，则需改选额定电流符合要求的其他型号电感器。则需改选额定电流符合要求的其他型号电感器。第37页，本讲稿共51页第三节第三节 电容元件电容元件电容（电容（Capacitance）由两个金属板极并在其间夹有绝缘介质构成的能够积累由两个金属板极并在其间夹有绝缘介质构成的能够积累 电荷、储存电场能量的元件。电荷、储
43、存电场能量的元件。一.电容的电容的工作特性工作特性 在电路中对直流电起阻碍作用，是储能元件在电路中对直流电起阻碍作用，是储能元件(储存电场能量)。按国际制按国际制(SI),电容的符号电容的符号:C,电容的单位电容的单位:法拉法拉(F)第38页，本讲稿共51页二.电容的电容的电压电流关系电压电流关系 t时刻时刻,电容电容C两端的交流电压瞬时值为两端的交流电压瞬时值为 C，由物理学知，当电容器两端存在电压时，由物理学知，当电容器两端存在电压时，电容器的极板上积累的电荷量电容器的极板上积累的电荷量q C，即即 q=C C C C C为电容极板带电荷量与电压之比例，称作电容器的为电容极板带电荷量与电压
44、之比例，称作电容器的电容量电容量电容量电容量，是表征电容器带电荷能力的参数。是表征电容器带电荷能力的参数。“通过通过”电容的电流电容的电流i iC为为t时刻时刻电容器极板所带电荷量的变化率，电容器极板所带电荷量的变化率，即即 i iC=（2-26）物理含义物理含义:在在1s时间时间电容器两端电压变化电容器两端电压变化1V时，电容器时，电容器“通过通过”电流电流1A，电容器的，电容器的 电容量电容量C C为为1F。第39页，本讲稿共51页 二.电容的电容的电压电流关系电压电流关系 1.1.相位关系相位关系 设设 =Vmsint (2-27)代入代入(2-26)式式,i=i=(2-28)i i 和
45、和U U频率相同频率相同,相位超前相位超前U U 90 第40页，本讲稿共51页二.电容的电容的电压电流关系电压电流关系(续续)2.数值关系数值关系 由由(2-28)式知式知I,Im=CVm 有效值有效值 则则 (2-29)(2-29)式中式中XC称作称作电容电抗电容电抗，简称，简称容抗容抗，是交流电的电压和电流，是交流电的电压和电流 有效有效 值之比。值之比。(2-30)当当f一定时，一定时，C愈大愈大,XC愈小愈小,表征在同样电压下表征在同样电压下电容器储存电荷的能力电容器储存电荷的能力愈大；愈大；当当C一定时一定时,f愈高愈高,XC愈小愈小,表示高频交流表示高频交流电通过电容电通过电容愈
46、容易愈容易,如果如果f0,XC ,电容电容“断路断路”,f ,XC0,电容电容“短路短路”。物理含义：电容器对电流具有物理含义：电容器对电流具有“隔直通交隔直通交”的作用。的作用。第41页，本讲稿共51页三三.电容电容电路中的功率电路中的功率设设电容两端的电压为电容两端的电压为 =Vmsint 则则电容电路中的电流电容电路中的电流 i=i=1.瞬时功率瞬时功率 p p=i i=Vmsint =有效值有效值 所以所以 p p=VIsin2t （2-31）物理含义物理含义:第一个第一个1/4周期里周期里,电压为正电压为正,电容器充电电容器充电,电容器电荷量电容器电荷量 增加增加,电容器把电源的电能
47、电容器把电源的电能 转换成电场能；转换成电场能；第二个第二个1/4周期里周期里,电压为负电压为负,电容器放电电容器放电,电容器电荷量电容器电荷量 减少减少,电容器把电场能转换成电能电容器把电场能转换成电能,还给电源。还给电源。这表征电容器不消耗电源能量这表征电容器不消耗电源能量,只是与电源作周期性能量互换。只是与电源作周期性能量互换。第42页，本讲稿共51页 2.平均功率平均功率 P T周期时间内周期时间内,P=物理含义：电容电路中的电阻为零，没有能量消耗，在一个周期里尽管物理含义：电容电路中的电阻为零，没有能量消耗，在一个周期里尽管 时而从电源吸取能量，时而又放出能量，其吸放能量之和为零时而
48、从电源吸取能量，时而又放出能量，其吸放能量之和为零 。这表征电容没消耗掉电源能量这表征电容没消耗掉电源能量,电容电容不是耗能元件不是耗能元件,而而是储能元件是储能元件。3.无功功率无功功率 虽然虽然在电容电路中没有能量损耗，但是在储能、释能过程中在电容电路中没有能量损耗，但是在储能、释能过程中,电容与电源电容与电源 之间不断地进行着能量互换。这种能量互换的规模通常用之间不断地进行着能量互换。这种能量互换的规模通常用无功功率无功功率PQ来来 表征，并且规定无功功率等于表征，并且规定无功功率等于瞬时功率瞬时功率的最大值的最大值p pm。由（由（2-31）式可知，）式可知，p pm=VI 所以，所以
49、，PQ =（2-33）!PQ为为有效值有效值V与与I的乘积的乘积,具有功率的单位具有功率的单位,但它不具有耗能意义。但它不具有耗能意义。为了区别于有功功率，为了区别于有功功率，其单位用其单位用var表示表示。第43页，本讲稿共51页四四.电容元件电容元件的种类与选用的种类与选用 1.电容的种类电容的种类 电容种类比较多电容种类比较多,通常分为两类通常分为两类:固定电容固定电容 电容量固定的电容电容量固定的电容,称作固定电容器。称作固定电容器。可变电容可变电容 电容量在一定范围内可调的电容电容量在一定范围内可调的电容,称作可变电容器。称作可变电容器。2.电容的类型与特点电容的类型与特点 电容器的
50、性能电容器的性能(电容量电容量,精度精度,耐压耐压,损耗因数损耗因数,绝缘电阻及漏电流绝缘电阻及漏电流 等等)主要取决于绝缘介质的材料、结构和制造工艺主要取决于绝缘介质的材料、结构和制造工艺。根据不同根据不同绝缘介质绝缘介质,分为分为瓷介质型瓷介质型瓷介质型瓷介质型、电解质介质电解质介质电解质介质电解质介质型型型型和和有机介质有机介质有机介质有机介质型型型型。瓷介质型电容瓷介质型电容瓷介质型电容瓷介质型电容 采用陶瓷材料作采用陶瓷材料作绝缘介质绝缘介质制成的电容器。制成的电容器。(50%)特点特点 稳定性好。稳定性好。介质损耗小。介质损耗小。绝缘电阻大。绝缘电阻大。额定直流工作电压额定直流工作