中南大学电气工程及其自动化专业工程训练报告Word文档格式.docx

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实验一元器件认知训练

一、元器件认知训练目的

1.认识常用的电气元器件、开关器件和测量仪表等，如电阻、接触器和万用表等。

2.理解电气元件和开关元件的工作原理，掌握测量仪表的使用方法。

二、元器件认知训练内容

（一）电阻

电阻是电路中使用最多的元件之一，用符号“R”表示。

物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。

电阻越大，导体对电流的阻碍作用越大。

电阻是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。

电阻的阻值大小与温度、材料、长度和横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。

电阻的主要物理特征是变电能为热能，它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。

电阻在电路中通常起分压、分流的作用。

对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

1.计算公式

在温度一定的情况下，公式为

其中是电阻率，L为材料的长度，单位为m，S为面积，单位为平方M。

2.单位

电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是，1=1V/A。

比较大的单位有千欧（）、兆欧（）。

，

3.阻值标称

3.1数字法

由于贴片电阻比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：

　　101——表示10*10^1Ω即100欧的电阻；

　　102——表示10*10^2Ω即1KΩ的电阻；

　　103——表示10*10^3即10KΩ的电阻；

　　104——表示10*10^4即100KΩ的电阻；

　　503——表示50*10^3即50KΩ的电阻；

　　依次类推。

如果一个电阻上标为22*103，则这个电阻为220KΩ。

3.2数码法

用三位数字表示元件的标称值。

从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n（n=0～8）。

当n=9时为特例，表示10^（-1）。

塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。

片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1kΩ。

4.电阻分类

固定电阻、可调电阻、特种电阻

按阻值特性

（二）电容

电是是表现电容器容纳电荷本领的物理量在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容，标记为C。

采用国际单位制，电容的单位是法拉，标记为F。

C=εS/d=εS/4πkd=Q/U

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

　　1法拉（F）=1000毫法（mF）=1000000微法（μF）

　　1微法（μF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）。

在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。

1.命名

国产电容器的型号一般由四部分组成，依次分别代表名称、材料、分类和序号。

第一部分：

名称，用字母表示，电容器用C；

第二部分：

材料，用字母表示；

第三部分：

分类，一般用数字表示，个别用字母表示；

第四部分：

序号，用数字表示。

（三）电感

1.基本结构

电感可由电导材料盘绕磁芯制成，如铜线，也可把磁芯去掉或者用铁磁性材料代替。

电感有很多种，大多以外层瓷釉线圈环绕铁素体线轴制成，而有些防护电感把线圈完全置于铁素体内。

一些电感元件的芯可以调节。

由此可以改变电感大小。

2.电感特性

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。

当线圈通入非稳态电流时，周围就会产生变化的磁场。

通入线圈的功率越大，激励出来的磁场强度越高，反之则小

通过公式

L=μ×

Ae*N2/l·

进行分析。

L表示电感量、μ表示磁心的磁导率、Ae表示磁心的截面积、N表示线圈的匝数、lm表示磁心的磁路长度。

3.电感作用

电感器的核心作用是阻止电流的变化。

比如电流由小到大过程中，电感器都存在一种“滞后”作用，它能在一定时间内抵御这种变化。

从另一个角度来说，正因为电感器拥有储存一定能量的作用，因此它才能在变化来临时试图维持原状。

电感的“通直阻交”特性，让其在电路中能够发挥巨大的作用。

在板卡中，电感多被用在储能、滤波、延迟和振荡等几个方面，是保障板卡稳定、安全运行的重要元件。

另外，电感在变压器中应用很多。

（四）二极管和三极管

1.二极管

二极管又称晶体二极管,简称二极管，另外，还有早期的真空电子二极管；

它是一种能够单向传导电流的电子器件。

1.1二极管特性

（1）正向性

外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。

这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。

当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。

（2）反向性

外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。

由于反向电流很小，二极管处于截止状态。

（3）反向击穿

在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。

雪崩击穿是当反向电压增加到较大数值时，外加电场使电子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子-空穴对。

新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加。

1.2二极管作用

极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过，二极管的作用有整流电路，检波电路，稳压电路，各种调制电路，主要都是由二极管来构成的。

2.三极管

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。

在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。

中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

2.1三极管工作状态

截止状态：

当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态

放大状态：

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb

饱和导通状态：

当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。

2.2三极管作用

当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。

集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。

三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。

（五）继电器、接触器

继电器、接触器原理基本相同、只不过继电器用于控制电路，通小电流，低电压，可用来控制接触器。

接触器则用在主电路，直接接通大电流，高电压。

1.继电器

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。

它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。

通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

2.接触器

接触器狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。

它应用于电力、配电与用电。

接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。

接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。

接触器可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制电路，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。

接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。

是自动控制系统中的重要元件之一。

3.接触器的工作原理：

当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。

当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。

直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。

4.主要区别

接触器原理与电压继电器相同，只是接触器控制的负载功率较大，故体积也较大。

交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路。

继电器是一种小信号控制电器，它用于电机保护或各种生产机械自动控制。

（六）仪器仪表

1.指针式万用表数字式万用表

万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万用表引。

是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。

万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。

万用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。

万用表又叫多用表、三用表（A,V,Ω也即电流，电压，电阻三用）、复用表、万能表，万用表分为指针式万用表和数字万用表，现在还多了一种带示波器功能的示波万用表。

是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量，温度及半导体的一些参数。

数字式万用表已成为主流，已经取代模拟式仪表。

与模拟式仪表相比，数字式仪表灵敏度高，精确度高，显示清晰，过载能力强，便于携带，使用更简单。

2.示波器

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。

它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。

示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。

在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。

利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

现在，还有数字式示波器、模拟示波器等。

3.电能质量监测仪

在电气设计中我们要注意电能的质量，如谐波、功率因数等，计算较麻烦，美国FLUKE公司的电能质量监测仪能方便的监测出这些数据。

其作用如下：

（1）电能质量检测仪测量分析公用电网供到用户受电端的交流电能质量，其测量分析的指标：

供电频率偏差、供电电压偏差、供电电压波动和闪变、供电三相电压允许不平衡度、电网谐波应用小波变换测量