自動化專業英語

2023-01-25 08:33:02 字數 4704 閱讀 4580

第一部分第一單元

a 電路

電路或電網路由以某種方式連線的電阻器、電感器和電容器等元件組成。如果網路不包含能源,如電池或發電機,那麼就被稱作無源網路。換句話說,如果存在乙個或多個能源,那麼組合的結果為有源網路。

在研究電網路的特性時,我們感興趣的是確定電路中的電壓和電流。因為網路由無源電路元件組成,所以必須首先定義這些元件的電特性。

就電阻來說,電壓-電流的關係由歐姆定律給出,歐姆定律指出:電阻兩端的電壓等於電阻上流過的電流乘以電阻值。在數學上表達為:

u=ir1-1a-1)

式中 u=電壓,伏特;i =電流,安培;r = 電阻,歐姆。

純電感電壓由法拉第定律定義,法拉第定律指出:電感兩端的電壓正比於流過電感的電流隨時間的變化率。因此可得到:1-1a-2

式中 di/dt = 電流變化率, 安培/秒; l = 感應係數, 享利。 電容兩端建立的電壓正比於電容兩極板上積累的電荷q 。因為電荷的積累可表示為電荷增量dq的和或積分,因此得到的等式為 :

1-1a-3

式中電容量c是與電壓和電荷相關的比例常數。由定義可知,電流等於電荷隨時間的變化率,可表示為i = dq/dt。因此電荷增量dq 等於電流乘以相應的時間增量, 或dq = i dt, 那麼等式 (1-1a-3) 可寫為 1-1a-4

式中 c = 電容量,法拉。歸納式(1-1a-1)、(1-1a-2) 和 (1-1a-4)描述的三種無源電路元件如圖1-1a-1所示。

注意,圖中電流的參考方向為慣用的參考方向,因此流過每乙個元件的電流與電壓降的方向一致。 有源電氣元件涉及將其它能量轉換為電能,例如,電池中的電能來自其儲存的化學能,發電機的電能是旋轉電樞機械能轉換的結果。有源電氣元件存在兩種基本形式:

電壓源和電流源。其理想狀態為:電壓源兩端的電壓恆定,與從電壓源中流出的電流無關。

因為負載變化時電壓基本恆定,所以上述電池和發電機被認為是電壓源。另一方面,電流源產生電流,電流的大小與電源連線的負載無關。雖然電流源在實際中不常見,但其概念的確在表示借助於等值電路的放大器件,比如電晶體中具有廣泛應用。

電壓源和電流源的符號表示如圖1-1a-2所示。

分析電網路的一般方法是網孔分析法或迴路分析法。應用於此方法的基本定律是基爾霍夫第一定律,基爾霍夫第一定律指出:乙個閉合迴路中的電壓代數和為0,換句話說,任一閉合迴路中的電壓公升等於電壓降。

網孔分析指的是:假設有乙個電流——即所謂的迴路電流——流過電路中的每乙個迴路,求每乙個迴路電壓降的代數和,並令其為零。

考慮圖1-1a-3a 所示的電路,其由串聯到電壓源上的電感和電阻組成,假設迴路電流i ,那麼迴路總的電壓降為1-1a-5因為在假定的電流方向上,輸入電壓代表電壓公升的方向,所以輸入電壓在(1-1a-5)式中為負。因為電流方向是電壓下降的方向,所以每乙個無源元件的壓降為正。利用電阻和電感壓降公式,可得(1-1a-6)

等式(1-1a-6)是電路電流的微分方程序。或許在電路中,人們感興趣的變數是電感電壓而不是電感電流。正如圖1-1a-1指出的用積分代替式(1-1a-6)中的i,可得(1-1a-7

在對時間微分後,式(1-1a-7) 變為 (1-1a-8上式是電感電壓的微分方程。 圖1-1a-3b 給出了乙個由電阻、電感和電容組成的串聯電路,根據上述的網孔分析法,可得電路方程式為1-1a-9)

由本文可知電流 i = dq/dt,用dq/dt代替i 變數以消除式中

積分,可得二次微分方程為:

b 三相電路

三相電路不過是三個單相電路的組合。因為這個事實,所以平衡三相電路的電流、電壓和功率關係可通過在三相電路的組合元件中應用單相電路的規則來研究。這樣看來,三相電路比單相電路的分析難不了多少。

使用三相電路的原因

在單相電路中,功率本身是脈動的。在功率因數為1時,單相電路的功率值每個周波有兩次為零。當功率因數小於1時,功率在每個周波的部分時間裡為負。

雖然供給三相電路中每一相的功率是脈動的,但可證明供給平衡三相電路的總功率是恆定的。基於此,總的來說三相電氣裝置的特性優於類似的單相電氣裝置的特性。

三相供電的機械和控制裝置與相同額定容量的單相供電的裝置相比: 體積小, 重量輕,效率高。除了三相系統提供的上述優點,三相電的傳輸需要的銅線僅僅是同樣功率大小單相電傳輸所需銅線的3/4。

三相電壓的產生

三相電路可由三個頻率相同、在時間相位上相差120電角度的電動勢供電。這樣的三相正弦電動勢如圖 1-1b-1 所示。這些電動勢由交流發電機的三套獨立電樞線圈產生,這

三套線圈安裝在發電機電樞上,互相之間相差120電角度。線圈的頭尾可以從發電機中全部引出,組成三個獨立的單相電路。然而,一般線圈無論在內部或在外部均會相互連

接,形成三線或四線三相系統。

連線三相發電機線圈有兩種方法,一般來說,把任何型別的裝置連線到三相電路也存在兩種方法。它們是星(y)形聯接和角()形聯接。大多數發電機是星(y)形聯接,

但負載可以是星(y)形聯接或角()形聯接。

星(y)形聯接發電機的電壓關係

圖1-1b-2a 表示發電機的三個線圈或相繞組。這些繞組在電樞表面上是按它們產生的電動勢在時間相位上相差120 分布的。每乙個線圈的兩端均標有字母s和f (起始和終結)。

圖1-1b-2a中,所有標有s的線圈端連線到乙個公共點n,三個標有f的線圈端被引出到接線端a、b和c ,形成三相三線電源。這種聯接形式被稱為y形聯接。中性聯接經常被引出接到接線板上,如圖1-1b-2a 的虛線所示,形成三相四線系統。

交流發電機每相產生的電壓被稱為相電壓(符號為ep)。如果中性聯接從發電機中引出,那麼從任乙個接線端a、 b或 c到中性聯接n間的電壓為相電壓。三個接線端a、 b或 c 中任意兩個間的電壓被稱為線到線的電壓,或簡稱線電壓(符號為el)。

三相系統的三相電壓依次出現的順序被稱為相序或電壓的相位旋轉。這由發電機的旋轉方向決定,但可以通過交換發電機外的三條線路導線中的任意兩條(不是一條線路導線和中性線)來改變相序。

將三相繞組排列成如圖1-1b-2b 所示的y形有助於y形聯接電路圖的繪製。注意,圖1-1b-2b所示的電路與圖1-1b-2a所示的電路完全一樣,在每一種情況下,連線到中性點的每乙個線圈的s端和f端都被引出到接線板。在畫出所有的接線點都標註了字母的電路圖後,繪製的相量圖如圖1-1b-2c所示。

相量圖可顯示相隔120 的三相電壓

和。 請注意在圖1-1b-2中每乙個相量用帶有兩個下標的字母表示。這兩個下標字母表示電壓的兩個端點,字母順序表示在正半周時電壓的相對極性。例如,符號表示點a

和n間的電壓,在其正半周,a點相對於n點為正。在所示的相量圖中,已假定在正半周時發電機接線端相對於中性線為正。因為電壓每半周反一次相,所以我們也可規定在

電壓的正半周a點相對於n點為負,但對每一相的規定要一樣。

要注意到,如果是在電壓的正半周定義a點相對於n的極性( ) ,那麼在用於同一相量圖中時就應該畫得同相反,即相位差為180。

y形聯接發電機的任意兩個接線端間的電壓等於這兩個

接線端相對於中性線間的電位差。例如,線電壓等於a接線端相對於中性線間的電壓( )減去b接線端相對於中性線間的電壓( )。為了從中減去 ,必需將反相,並把此相量加到上。

相量和幅值相等,相位相差60°,如圖1-1b-2c所示。由圖形可以看出通過幾何學可以證明等於1.73乘以或 。

圖形結構如相量圖所示。因此,在對稱y形聯接中

星(y)形聯接發電機的電流關係

從發電機接線端a、 b和c (圖 1-1b-2)流到線路導線的電流必定從中性點n中流出,並流過發電機線圈。因此流過每一條線路導線的電流( )必定等於與其相連線的相電流( )。在y形聯接中

第一部分第二單元

a 運算放大器

像廣義放大器這樣的電子器件存在的乙個問題就是它們的增益au或ai取決於雙埠系統(、、ri、ro等)的內部特性。器件之間引數的分散性和溫度漂移給設計工作增加了

難度。設計運算放大器或op-amp的目的就是使它盡可能的減少對其內部引數的依賴性、最大程度地簡化設計工作。運算放大器是乙個積體電路,在它內部有許多電阻、電晶體等

元件。就此而言,我們不再描述這些元件的內部工作原理。

運算放大器的全面綜合分析超越了某些教科書的範圍。在這裡我們將詳細研究乙個例子,然後給出兩個運算放大器定律並說明在許多實用電路中怎樣使用這兩個定律來進行分

析。這兩個定律可允許乙個人在沒有詳細了解運算放大器物理特性的情況下設計各種電路。因此,運算放大器對於在不同技術領域中需要使用簡單放大器而不是在電晶體級做設計

的研究人員來說是非常有用的。

在電路和電子學教科書中,也說明了如何用運算放大器建立簡單的濾波電路。作為構建運算放大器積體電路的積木—電晶體,將在下篇課文中進行討論。

理想運算放大器的符號如圖1-2a-1所示。圖中只給出三個管腳:正輸入、負輸入和輸出。讓運算放大器正常執行所必需的其它一些管腳,諸如電源管腳、接零管腳等並未畫出。

在實際電路中使用運算放大器時,後者是必要的,但在本文中討論理想的運算放大器的應用時則不必考慮後者。兩個輸入電壓和輸出電壓用符號u 、u 和uo 表示。每乙個電

壓均指的是相對於接零管腳的電位。運算放大器是差分裝置。差分的意思是:相對於接零管腳的輸出電壓可由下式表示 (1-2a-1)

式中 a 是運算放大器的增益,u 和 u 是輸入電壓。換句話說,輸出電壓是a乘以兩輸入間的電位差。

積體電路技術使得在非常小的一塊半導體材料的復合 「晶元」上可以安裝許多放大器電路。運算放大器成功的乙個關鍵就是許多電晶體放大器「串聯」以產生非常大的整體增益。也就是說,等式(1-2a-1)中的數a約為100,000或更多 (例如,五個電晶體放大器串聯,每乙個的增益為10,那麼將會得到此數值的a )。

第二個重要因素是這些電路是按照流入每乙個輸入的電流都很小這樣的原則來設計製作的。第三個重要的設計特點就是運算放大器的輸出阻抗(ro )非常小。也就是說運算放大器的輸出是乙個理想的電壓源。

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第二部分第二單元 a 穩定性和時域響應 簡介連續系統或離散系統的穩定性是由其對輸入或擾動的響應決定的。直觀地說,穩定系統是在沒有外部激勵時保持靜態或平衡的系統,如果去掉所有的激勵,系統會返回到靜止狀態。輸出將經過乙個過度過程,穩定在乙個與輸入一致或由其決定的穩態。如果我們將同樣的輸入加到乙個不穩定系...

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