当前位置:首页 >> 工学 >>

电工电子学综述论文施俊杰


合肥学院

化学材料与工程系

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

第 1 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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。
第 2 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

(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
第 3 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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=IR ②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=736W 1KW=1.36 马力 8 电流的热效应、短路
第 4 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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
第 5 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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 = EmSinnt eB = 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 电压为 380V 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 Cos? 表示.. 对于纯电阻电路,Cos? = 1.对于非纯电阻电路,Cos? < 1. 单相 有功功率的计算公式为(将公式一般化) P = IUCos? 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=IAUACos?+IBUBCos?+ICUCCos=3。 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
第 6 页 共 14 页

线电压: 两条相线之间的电压. 线

相电流:流过每一相线圈的电流.用 I 相表示三角

合肥学院

化学材料与工程系

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 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
第 7 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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 TTL 74 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。 就是中国的 TTL 数字集成电路, CC 就 CT 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。
[1]

4 一般特性
第 8 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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⒛ mA。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: 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。
第 9 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

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 2.5~5μ W;缓冲器和触发器类为 5~20μ W;中规模集成电路类 为 25~100μ W, (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 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
第 10 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

出低电平 VOL=0.05V。因此,CM0S 电路电源利用系数最高。 (6)扇出能力 在低频工作时,一个输出端可驱动 50 个以上 CM0S 器件。 (7)抗辐射能力 CMOS 管是多数载流子受控导电器件,射线辐射对多数载流子浓 度影响不大。因此,CM0S 电路特别适用于航天、卫星和核试验条件 下工作的装置。 CM0S 集成电路功耗低,内部发热量小,集成度可大大提高。 又因为电路本身的互补对称结构,当环境温度变化时,其参数有互相 补偿作用,因而其温度稳定性好。 (8)CM0S 集成电路的制造工艺 CM0S 集成电路的制造工艺比 TTL 集成电路的制造工艺简单, 而且占用硅片面积也小,特别适合于制造大规模和超大规模集成电 路。

5 注意事项
①不允许在超过极限参数的条件下工作。 电路在超过极限参数 的条件下工 作,就可能工作不正常,且容 易引起损坏。TTL 集成电 路的电源电压允许变化范围比较窄,一般在 4.5~5.5V 之间,因此必 须使用+5V 稳 压电源;CM0S 集成电路的工作电源电压范围比较宽, 有较大的选择余地。选择电源电压时,除首先考虑到 要避免超过极 限电源电压外,还要注意到,电源电压的高低会影响电路的工作频率 等性能。电源电压低, 电路工作频率会下降或增加传输延迟时间。
第 11 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

例如 CM0S 触发器,当电源电压由+15V 下降到十 3V 时,其最高 工作 频率将从 10MHz 下降到几十千赫。 ②电源电压的极性千万不能接反,电源正负极颠倒、接错, 会因为过大电流而造成器件损坏。 ③CM0S 电路要求输人信号的幅度不能超过 VDD~VSS, 即满足 VSS=V1=VDD。当 CM0S 电路输入端施加的电 压过高(大于电源电压) 或过低(小于 0V),或者电源电压突然变化时,电路电流可能会迅 速增大,烧坏器件,这种现象称为可控硅效应。预防可控硅效应的措 施 主要有: ·输入端信号幅度不能大于 VDD 和小于 0V; ·消除电源上的干扰; ·在条件允许的情况下,尽可能降低电源电压,如果电路工作频率比 较低,用+5V 电源供电最好; ·对使用的电源加限流措施,使电源电流被限制在 30mA 以内。 ④对多余输人端的处理。对于 CM0S 电路,多余的输人端不能 悬空,否则,静电感应产生的高压容易引起 器件损坏,这些多余的 输人端应该接 yDD 或 yss,或与其他正使用的输人端并联。这 3 种处 置方法,应根据 实际情况而定。 对于 TTL 电路,对多余的输人端允许悬空,悬空时,该端的逻辑输入 状态一般都作为“1”对待,虽然 悬 空相当于高电平,并不影响与 门、 与非门的逻辑关系, 但悬空容易受干扰, 有时会造成电路误动作。 因此 ,多余输人端要根据实际需要做适当处理。例如,与门、与非
第 12 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

门的多余输人端可直接接到电源上;也可将 不同的输人端公用一个 电阻连接到电源上;或将多余的输人端并联使用。对于或门、或非门 的多余输人端 应直接接地。 ⑤多余的输出端应该悬空处理,决不允许直接接到 VDD 或 VSS,否则会产生过大的短路电流而使器件 损坏 。不同逻辑功能的 CM0S 电路的输出端也不能直接连到一起,否则导通的 P 沟道 MOS 场 效应管和导通的 N 沟道 MOS 场效应管形成低阻通路,造成电源短路 而引起器件损坏。除三态门、集电极开路门外,TTL 集成电路的 输 出端不允许并联使用。如果将几个集电极开路门电路的输出端并联, 实现“线与”功能时,应在输出端 与电源之间接人上拉电阻。 ⑥由于 CM0S 电路输人阻抗高,容易受静电感应发生击穿,除 电路内部设置保护电路外,在使用和存放时 应注意静电屏蔽;焊接 CM0S 电路时,焊接工具应良好接地,焊接时间不宜过长,焊接温度 不要太高。更不 能在通电的情况下,拆卸,拔、插集成电路。 ⑦多型号的数字电路之问可以直接互换使用,如国产的 CC4000 系列可与 CD4000 系列、MC14000 系列直接互 换使用。但有些 引脚功能、封装形式相同的 IC,电参数有一定差别,互换时应注意。 ⑧注意设计工艺,增强抗干扰措施。在设计印制线路板时, 应避免引线过长,以防止信号之间的窜扰和 对信号传输的延迟。此 外要把电源线设计得宽一些,地线要进行大面积接地,这样可减少接 地噪声干扰。 在 CM0S 逻辑系统设计中,应尽量减少电容负载。电容 负载会降低 CM0S 集成电路的工作速度和增加功耗。
第 13 页 共 14 页

合肥学院

化学材料与工程系

总结:一门新技术的发展都离不开人类孜孜不倦的探索,尤 其是像电工电子技术,已经在人类史上经历了一百多年。在这一百多 年期间,电工电子技术为人类的进步做出突出贡献,人类生产力的进 步在极大程度上依赖于电工技术的进步,今天人类的生活、生产活动 须臾离不开他。因此对于电类的工科生来说,掌握好电工电子技术是 有必要的,也是社会所需要的。 二〇一三年十二月四日

第 14 页 共 14 页


赞助商链接
相关文章:
更多相关文章: